反应过程与设备例题与习题(第二章)

1、第二章 均相反应器一、主要基本概念、基本理论物料衡算：以质量守恒定律为基准，是计算反应器体积的基本方程。以反应物为例：(A的流入量)(A的流出量)(A的反应量)(A的累积量)1 2 3 4连续系统： 稳态时第4项等于零。 非稳态时4项都存在。间歇系统：第1、2项等于零。热量衡算：以能量守恒定律为基准，是计算反应器中温度变化的基本方程。(带入的热量)(带出的热量)(反应吸热量)(热量的累积)(传向环境的热量)1 2 3 4 5 连续系统： 稳态、非绝热时第4项等于零。 稳态并绝热时第4、5项等于零。 非稳态、绝热时第5项等于零。 非稳态、非绝热时5项都存在。间歇系统： 非绝热时第1、2项等于零。

2、 绝热时第1、2、5项等于零。间歇反应器：物料按一定配比一次加入进反应器，反应终了时，产物一次取出。 特 点： 任一瞬间，在反应器内各点的物料浓度相同、温度相同。 在反应器内各点的物料浓度、温度随反应时间变化。 设 计 式： 基础设计式： 恒 容 时：变温过程： 式中： U 给热系数 A h 与单位物料体积相当的传热面积Tm 传热介质温度 物料密度平推流反应器：物料连续流入、流出反应器。特点： 稳态时，所有物料在反应器中的停留时间都相同。 稳态时，同一截面上的物料组成、温度不随时间变化。 在流动方向上没有物料返混，反应物的浓度、温度沿反应器管长连续变化。设 计 式： 基础设计式 恒 容 时 变

3、温过程： 全混流反应器：物料连续流入、流出反应器。特点： 稳态时，釜内各空间位置上的物料浓度、温度都相同，且不随时间变化。 稳态时，釜内的物料组成、温度与反应器出口处的物料组成、温度相同。设计式： 基础设计式： 恒 容 时：热量衡算：U 给热系数 Ah 反应器传热面积 热稳定判据： QT = Qg 式中： QT 散热速率Qg 放热速率二.例题部分【例题2-1】乙酸和乙醇酯化反应：在一间歇反应器中进行，反应温度反应为100，以少量HCl 作催化剂。 反应器单位体积投料量：乙酸 300 kg/m 3， 乙醇550 kg/m3。已知正、逆反应均为二级反应，并且k1=8.0×10 - 6m3

4、/(kmol·s)， k2 =2.7×10 - 6 m3/(kmol·s)，反应混合物的比重为1145kg/m3，且在反应过程中保持不变。试回答下列问题：(1) 当反应时间为多少时乙酸的转化率达40？(1) 每批物料当乙酸的转化率达到40时，即停止反应。排料以及再投料等工序需要 45分钟。如果每天生产10吨乙酸乙酯，反应器的体积应为多少？(2) 【解】(1) 将方程简写成 间歇反应器： 上述方程采用数值积分，令：y = xA 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.4 0y 10451.5 11527.0 12828.3

5、 14432.9 16460.0 19101.1 22683.4 27816.6 35782.2按梯形法数值积分：t=0.05×0.5×10451.5+11527.0+12828.3+14432.9+16460.0+19101.1+22683.4+27816.6+0.5×35782.2 = 7398 (sec) = 123 (min)按辛普森法数值积分：t=0.05÷3×10451.5+4×11527.0+2×12828.3+4×14432.9+2×16460.0+4×19101.1+2

6、5;22683.4+4×27816.6+35782.2 = 7361 (sec) = 122.7 (min)即当t =123min时，乙酸的转化率为40(2) 由上述结果可知单位时间单位反应器体积乙酸乙酯的产量为：5.0×0.4×88÷(123 + 45 ) 1.0456 kg/(min·m3)今要求乙酸乙酯的日产量为10吨，反应器的体积应为：R10000÷(1.0456×24×60)6.64 (m3)【例题2- 2】考虑在全混流反应器中进行的丁二烯和丙烯酸甲酯的缩合反应： CH2CHCHCH2CH2CHCOOCH

7、3 C6H9COOCH3（简写为），以AlCl3为催化剂，反应温度为 20，液料的体积流速为0.5m3/h，丁二烯和丙烯酸甲酯的浓度为CA0=96.5mol/m3，CB0=184mol/m3，催化剂AlCl3的浓CD= 6.63 mol/m3。实验测得该反应的速度方程为：rA=kCACDk =1.15×10-3m3/(mol·ks)若要求丁二烯的转化率为40，试求反应器的体积。【解】 对于全混流反应器 故反应器的体积为: R = Q0= 0.5×24.28 = 12.14 (m3)【例题2- 3】在全混流反应器中乙酸酐发生如下水解反应：(CH3CO)2 +H2 2

8、CH3COOH 简写为：，反应温度为25时测得如下数据：实验编号进料体积流量乙酸酐初始浓度乙酸酐转化率1582 cm3/min1.4×10 4 mol/cm30.3312395 cm3/min1.37×10 4 mol/cm30.408已知在乙酸酐低浓度水解时，上述反应可以看作一级反应，反应器体积为1800cm3，求：(1)反应速度常数；(2)若要使乙酸酐的转化率提高到60，那么液料流量应为多少？【解】 (1) 显然，k与CA0无关，利用第一组数据可得： 由第二组数据可得：将两者平均 = 0.1556 (min-1)(2) 将k值和xA=0.6代入式得：Q0 = 0.155

9、6×1800×(10.6)÷0.6 = 186.7 (cm3/min)【例题2- 4】在上题中使用单个全混釜进行乙酸酐的水解反应。现改用体积相同的三个全混釜的串联体系进行这一反应。每个反应釜的体积为1800cm3，反应温度仍为25，那么：(1) 乙酸酐的总转化率达到60时，液体进料速度为多少？将计算结果与上例结果进行比较。(2) 如果液料以582 cm3/min的速度进入到第一个反应釜中，那么乙酸酐在各个反应釜中的转化率分别为多少？总转化率为多少？【解】设乙酸酐的初始浓度为CA0，离开第一、第二、 第三个反应釜的浓度分别为CA1、CA2、CA3，则对于第一个反应釜

10、应有： 对第二个反应釜：因为三个釜体积相等， 1=2=3= 对第三个反应釜： (1) 今使乙酸酐的总转化率达到60，即: 由此解得: 由例题2- 3可知 k = 0.1556 min-1，代入上式 = 2.2956 (min-1) 此结果与例题2-3 中的结果(Q0=186.7 cm3/min)相比，处理量提高三倍以上。(2) 已知Q0= 582 cm3/min ，故有 = 1800÷582 = 3.093 (min)因此总转化率为 在第一个反应釜中达到的转化率为:在第二个反应釜中达到的转化率为:此结果与例题2-3 中的结果比较，可以看出采用三釜串联使转化率由33.1，提高到69.2

11、。如果采用n个体积相同的全混釜串联，则总转化率为： 式中CAn为反应物A在第n个釜出口处的浓度，为反应物在单个釜中的停留时间。【例题2- 5】在一体积为120升的全混流反应器中进行下列液相反应:式中k1=7 l/(mol·min)，k2 =3 l/(mol·min)，两种物料以等体积加入反应器，一种含2.8 molA/l，另一种含1.6 molB/l。假设系统的密度不变， 希望有限组分的转化率为75，求每种物料的流量【解】在混合进料中各组分的浓度为CA0=1.4 mol/l CB0=0.8 mol/lCR0=CS0= 0 当转化率为75，A=0 时，反应器内和出口处物料的组

12、成为：CA=1.40.6=0.8 mol/l CB=0.80.6=0.2 mol/lCR=0.6 mol/lCS=0.6 mol/l在此反应器的条件下，反应速度为：rA = rB = k1CACBk2CRCS =7×0.8×0.23×0.6×0.6 = 0.04 mol/l · min因此流入和流出反应器的体积流量为:即每种物料的流量为4升/分。【例题3.4-1】在215和5大气压下，均相气相反应 3在平推流反应器中进行。215时，速率式为： rA=10-2CA0.5(mol/l·s)，原料气中含有50A和50惰性气体(CA0=0.0

13、625mol/l)，求转化率为80时所需的时间。【解】根据题所给出的已知条件有： 100CA00.5式中积分项可用图解、数值解、或解析解计算，下面依次说明这些解法。图解积分 首先计算被积函数值，再作图。令： xA0.00.20.40.60.8Y1.0001.2771.5282.0003.000 面积用目测法计算面积得： 面积1.70×0.81.3 数值积分 辛普森公式：n为偶数(也可用梯型公式计算) 对于上表数据，用辛普森公式计算： = 1.000+4×1.227+2×1.528+4×2.000+3.000×0.2÷3 = 1.331

14、 解析积分所推荐的积分方法要取决于具体情况，在本题中数值解可能是最快、最简单的方法。【例题2- 7】磷化氢的均相气相分解4PH3(气)P4(气)+6H2在649.4进行，反应为一级，速率式为rPH3=(10/小时)CPH3，纯磷化氢以1.8144kmol/h 进料，于649.4、4.6 大气压下在平推流反应器中分解，若要求原料转化率为80，求所需的反应器体积。【解】将反应计量方程简写成46平推流反应器：等压变容 积分得 【例题2- 8】一混合物含90(mol比)A(45mol /l)和10(mol比)杂质B(5mol/l)，为使产品质量令人满意，反应终了时，混合物中的A和B的分子比必须等于或高

15、于100:1，、A和B均可以反应，反应式如下:rA = 21CACDrB = 147CBCD假设反应完全，为获得所希望的质量每批混合物中需加多少？【解】已知 -dCA/dt = 21CACD -dCB/dt = 147CBCD 、两式相除，分离变量并积分 题意要求最终混合物中 CAf100CBf 将式代入式： 所以 CBf = 0.3 mol/l CAf = 30 mol/l因此需加入的为：500.330 = 19.7 (mol/l)即每升混合物必须加入和反应掉19.7mol。【例题2- 9】某液相反应 A+BP 在两个串联的全混釜中进行，已知反应为二级， 速率常k=0.8m3/(kmol&#

16、183;s)，进液流量、料液浓度及限制反应物的转化率均标于图中，试分别求出两个反应器体积VR1和VR2(假定反应过程中物料的密度衡定)。【解】 FAO= Q01CA0 = 0.004×0.02 = 0.00008 kmol/sFB0= Q02CB0 = 0.001×1.00 = 0.001 kmol/s因此A为限制性反应物CA0'= 0.00008÷(0.0040.001) = 0.016 kmol/m3CB0'= 0.001÷(0.0040.001 ) = 0.2 kmol/m3【例题2-10】醋酸甲酯的水解反应如下：CH3COOCH3

17、 + H2O CH3COOH + CH3OH产物CH3COOH在反应中起催化剂作用。反应速度与醋酸甲酯和醋酸的浓度积成正比。(1)在间歇反应器中进行上述反应。醋酸甲酯和醋酸的初始浓度分别为500 mol/m3和50 mol/m3。实验测得当反应时间为5400s时，醋酸甲酯的转化率为70，求反应速度常数和最大反应速度。(2)如果反应改在全混釜中进行，要使醋酸甲酯的转化率达到80，停留时间应为多少？(3)如果采用平推流反应器，要达到醋酸甲酯80的转化率，停留时间应为多少？(4)如果采用全混釜和平推流反应器串连体系，要使醋酸甲酯的总转化率达到80，总停 留时间应为多少？在各反应器中的停留时间分别是多

18、少？(5)如果采用循环反应器，进入反应器的原料为纯醋酸甲酯，初始浓度仍为500 mol/m3，在反应器出口处醋酸甲酯的转化率为80，要使停留时间最小，循环比应为多少？【解】将反应方程简写成 (1).间歇反应器 积分得： 对求导，并令 解得：xAopt = 0.45，代入方程(rA)max = 0.2765 (-0.452+0.9×0.45+0.1)=8.364×10-2mol/(m3·s)(2) 全混釜 = 8.037×103 (s)(3) 平推流反应器 (4) 全混釜与平推流反应器串联使用为使总停留时间最小，应尽可能在高的反应速率下操作。从(1)可知，

19、最好是使反应物在全混流反应器中的转化率达到45，然后再进入到平推流反应器中。第一个反应器：全混流反应器第二个反应器：平推流反应器 = 1+2 = 5.163×103 (s)(5) 循环反应器 将对求导，并令用牛顿迭代法解得 opt = 0.74 min = 6446 (s)【例题2-11】在一定的反应温度下发生下述平行反应：其中是主产物，是副产物。反应原料为纯的，其初始浓度为10kmol/m3。在反应器出口的转化率为80。比较当上述反应在全混釜和平推流反应器中进行时，转化为的选择性、的收率以及反应物的停留时间有什么不同。在反应过程中体积的变化可以忽略不计。【解】(1) 全混釜 反应物

20、转化为的选择性：的收率： 同理反应物转化为S的选择性：S的收率： 平均停留时间:(2)平推流反应器：停留时间：CS=0.5×(CA0CACR) = 0.5×(1023.81) =2.10 (kmol/m3)反应物转化为的选择性：的收率：显然，在相同的反应条件下，用全混釜所获得的的收率和选择性都比平推流反应器的结果要高，但前者所需的停留时间较长一些。【例题2-12】考虑的不可逆异构化反应：，该反应为一级反应，在163时 k0.8 h-1，活化能为121.25kJ/mol，反应热为347.5J/g 。的分子量为 250，和的热容为CpACpB2.093 J/(g·)，

21、比重为AB 0. 9g/cm3。反应在间歇反应器中进行。每批料液的装填，排放和清洗等操作需22分钟， 料液从室温升至163需14分钟，在这段升温时间内所发生的反应可以忽略不计。的转化率为97，若要求反应器每天处理3113kg的反应物，求在下述两种情况中反应器的体积：恒温操作，反应温度为163 绝热操作。【解】间歇反应器 液相反应 (1) 对于在T=163下恒温操作时，k=0.8h-1 每批料总用时间： t总 = 4.38+ (22+14)÷60 = 4.98 (h)每天完成的批数： 24÷4.98 = 4.819 (批)每批A的处理量： 3113÷4.82 = 6

22、45.947 (kg/批) nA0=2.584kmol/批反应器的体积： R= 645947÷0.9=717719 (cm3) = 717.72 (l)放热反应，每小时应移出的热量为：(2) 当绝热操作时，U=0，并假设热容不随温度而变化。CpA = CpB，nAnB = nA0 根据Arrheius关系 由式和式并利用梯形法即可求得式的数值解。令 = xA00.10.20.30.40.50.60.70.80.90.97T436.0452.6469.2485.8502.4519.0535.6552.2568.8585.4597.0Y1.28920.42000.15110.05970.

23、02580.01210.00650.00330.00260.00250.0052 t = 0.1×(0.5×1.2892+0.4200+0.1511+0.0597+0.0258+0.0121+0.0065+0.0033+0.0026+0.5×0.0025)+0.07×0.5×(0.0025+0.0052) = 0.133 (h)绝热操作每批料液用时：t = 0.133+(22+14)÷60 = 0.733 (h)每天总计完成的批数： 24÷0.733 = 32.74 (批/天)每批A的处理量： 113÷32.74

24、= 95.08 (公斤/批)反应器的体积为： R = 95.08÷0.9 = 105.64 (l)【例题2-13】在一定空时的全混釜中进行如下反应，求R产量最大时的反应温度。【解】(1)若E1>E2 、E3，应采用尽可能高温；(2)若E1<E2 、E3，应采用尽可能低温；(3)若E1介于E2 、E3之间，对： 对： 对上式求导并令其为零：得 满足此式的T使CR最大。【例题2-14】等温下在全混釜中进行一级不可逆反应，反应器体积为VR m3，初浓度为CA0kmol/m3的反应物稀溶液以流量Q0 m3/h加入反应器。已知反应过程的收益与产物的量成正比，反应过程的消耗与反应器的

25、体积成正比。(1)试推导在一定的Q0、CA0和k下，为使系统的利润最大，反应器的体积为：R= Q0 (2)已知CA0=2 kmol/m3，Q0=10m3/h，k=25h-1，a =1元/kmol，b =2元/(m3·h)， 求最大利润时反应物的转化率。【解】全混釜 （1）收益与产量成正比，每小时收益 a · Q0 (CA0CA)反应过程的消耗与反应器体积成正比，每小时的消耗=bR，a、b为比例常数。每小时利润 对上式求导并令其等于零： (2) 三、习题部分【习题2- 1】在间歇反应器中进行反应AR，其速率方程为 rA=CA0.5 mol/ (l·hr)，求CA为1

26、mol/l时，反应1小时后的转化率。【习题2- 2】 已知在间歇反应器中进行反应AR时，反应1小时内可转化50， 若反应的速率方程为:(1) rA=kCA；(2) rA=kCA2时，转化率达到75，分别需要多少时间？【习题2-3】已知氯乙醇皂化反应：ClCH2CH2OH+NaHCO3OHCH2CH2OH+NaCl+CO2。在80下，反应速度常数k=5.2 (l/mol·hr)，现拟用浓度为15(wt)的NaHCO3水溶液和30 的氯乙醇水溶液为原料，建立日产480kg乙二醇的小型生产车间，采用等分子比进料，其进料混合物的密度为1.02 kg/l，并要求氯乙醇的转化率不低于95，如选用

27、间歇反应器， 非反应的辅助操作时间每批为30分钟，所需要的反应器有效容积为多少？(设反应可视为等温、等容过程)【习题2- 4】在100等温下，在间歇反应器中进行乙醇与乙酸的酯化反应，以生产乙酸乙酯。 即：C2H5OH+CH3COOHCH3COOC2H5+H2O，反应为可逆反应，用HCl作催化剂时，酯化反应速率为：rA = 4.76×10-4CACB1.63×10 - 4CCCD mol/ (l·min)，式中C为浓度，下标A、B、C、D分别代表乙酸、乙醇、乙酸已酯和水。起始反应物料中，乙酸和乙醇的浓度分别为：7. 5mol/l 及10 mol/l，其中不含乙酸乙酯

28、和水，当乙酸的转化率达到平衡转化率的98时，即停止操作，卸出物料。设反应物料的密度恒定，现拟每天生产乙酸乙酯10吨，每批操作的辅助时间为 1小时，计算所需的反应器体积。【习题2- 5】水相二级反应按下式进行 AR， rA=CA2 mol/ (l·hr)，CA0=1mol/l， 若在间歇反应器中进行此反应，辅助生产时间为1小时，为获得最大R量时的生产速率应如何操作？【习题2- 6】在2大气压、含有20惰性气体的等温间歇反应器中，进行一级均相气相分解反应：A2.5R。20分钟后体积增加60(恒压、变容)。若在等容间歇反应器中进行此反应，初始压力是 5atm(绝)，其中惰性气体压力为 2a

29、tm(绝)，求总压达到8atm(绝)，需要多少时间？【习题2- 7】在间歇反应器中进行反应：，rA=CA2kmol/(m3·h)， 两批反应中间隔1h用于卸料、清洗与加料操作，已知反应物为1000元/批，产物为2000元/批，xA=1，CA0=1kmol/m3，问在下述四种情况下应如何确定反应时间。(1) 使产物的产量最大；(2) 使利润最大(不考虑未反应物回收)；(3) 使利润最大(未反应物可以无条件回收)；(4)使利润最大(未反应物以500元/批成本回收)。【习题2- 8】在平推流反应器中进行等温一级不可逆反应，反应物初始浓度为CA0，转化率为xA，当反应器体积增大n倍时，反应物

30、的出口浓度为多少？转化率为多少？【习题2- 9】在等温下进行一级不可逆反应，为达到的转化率xA，求：采用单个全混釜的体积与平推流反应器的体积之比；进行二级不可逆反应两者之比。【习题2-10】流量为1 l/min的A(含量为0.01molA/l)与流量为3 l/min的B(含量为0.02 molB/l)，在容量为1升的全混流反应器中，反应生成产物R，如果在出口的物流中CA=0.001 mol/l，CR=0.0005mol/l，试求反应速率( rA)与(rR)，并求此过程的空间时间。【习题2-11】含有反应组份A(CA0=1mol/l)的水溶液，在容积为2立升的全混流反应器中，按下式进行反应：2A

31、R，其速率方程为 rA=0.05CA2mol/(l·sec)，如果要求出口物料中，反应组份A的浓度为CAf =0.5mol/l，其进料容量应为多少？【习题2-12】如果反应组份的进料浓度CA0=1mol/l，在全混流反应器中按A2R进行气相反应，反应速率方程为rA=120CA0.5 mol/(l·min)，若转化率达99.99，则空间时间为多少？【习题2-13】体积流量为400l/min的反应物含组份A与B浓度分别为10mol/l与2mol/l，在全混流反应器中进行反应A + B R。速率方程为rA= 200CACB mol/(l·min)。若要求组份B的转化率为

32、99.9，则反应器体积应为多少？【习题2-14】在全混流反应器中进行一级可逆反应：， 其速率方程与平衡转化率分别为 :rA = k1CAk2CR xAe= 0.667，如果要求转化率从33.3提高至50，其进料流率应如何调整？【习题2-15】在全混流反应器中进行某些反应，反应速率方程分别如下所示， 如果转化率从 40提高至80，进料体积流量不变，其反应器体积应变化多少倍？(1) AR，rA= kCA； (2) AR，rA=kCA2。【习题2-16】在一个反应体积为 2000 升的全混流反应器中进行某液相反应，反应动力学方程为：rA=kCA (mol/l·min)，k = 4.7

33、15;1013exp(11323.6/T)将初浓度为5 mol/l，温度为27的原料液体以60 /min的速度送入，反应在绝热下进行，物料的密度、比热分别为=1.0 kg/l和CP=4.18 kJ/kg·，反应热为HA= -41.8 (kJ/mol)，选出稳定操作温度和相应的转化率。【习题2-17】在容积为10m3的绝热全混釜中进行一级反应。原料的浓度5kmol/m3， 加料流量为102 m3/s，溶液的密度为850 kg/m3，比热为2.2kJ/(kg·)，反应过程中密度、 比热均不发生变化，反应热为 (HA) = 20000( kJ/kmol)，反应速度常数为：k=10

34、13exp (-12000/T) (s-1)，当反应器入口处原料的温度是300K时，求稳定状态的反应温度及转化率。【习题2-18】用己二酸(A)和己二醇(B)在70下，用二段串联全混釜(V2<V1)缩聚生产树脂，最终转化率xAf =80，原料处理量为Q0=170 l/hr，已知rA=kCA2，k=1.97l/(kmol·min)，CA=0.004 kmol/l。如：生产中一段反应器损坏，为了维持生产，采用原来第二段反应器 ( V2 =1.8m3 )进行单段生产，为维持原最终转化率不变，处理量将减少百分之几？以后又添置一个V1=1.8m3的反应器，恢复两段生产，若按照第一段转化率

35、达到55的要求投料， 问最终转化率能否维持80？【习题2-19】苯醌(A)与环戊二烯(B)的加成反应 A+B P，在25下进行反应。rA=kCACB，k=9.92 m3/(kmol·ks)，CA0=0.08 kmol/m3，CB0= 0.1kmol/m3，液相进料速率为0.278m3/ks，要求达到转化率xAf=87.5，试用图解法分别确定单个和三个相同大小的全混釜串联组成的反应器组需要的反应器体积。【习题2-20】在 555K 及 3 atm 的平推流反应器中进行反应，已知进料中含30A(摩尔百分率)，其余为惰性物料，动力学方程式为 rA=0.27CA mol/(m3·

36、s)，A的加料流量为FA06.3 mol/s，为了达到95的转化率，求 所需的空速为多少？反应器体积的大小。【习题2-21】组份A浓度为1mol/l的反应物，在容积为2立升的活塞流反应器中进行反应2AR， 已知 rA= 0.05CA2mol/(l·sec)。问：当出口浓度CAf为0.5 mol/l时，反应物进料的体积流量应为多少？当进料流量为0.5 (l/min) 时，出料中A的浓度为多少？【习题2-22】液相反应物在一平推流反应器中，进行反应 2.5，已知：CA0=2 mol/hr，FA0=100mol/min，rA=10CA mol/(l·min)，问：当反应器容积为3

37、0立升时，其转化率可达多少？如果A的转化率为80，平推流反应器的体积为多少？【习题2-23】在两串联的平推流反应器中等温进行一简单的液相反应A+BC，进料中FA0=FB0= 25kmol/hr，CA0 = CB0 = 25 kmol/m3，反应速度常数为 k = 0.126 m3/(kmol·hr)，V1=V2=0.3 m3，试问： 在第一个反应器出口转化率xA1 = ？ 在第二个反应器出口转化率xAf =？ 如果将两反应器并联其xAf为多少？【习题2-24】某一裂解反应可看成： ，反应可视为一级反应，速率常数k=0.88 (sec -1)，试求在活塞流反应器中进行此反应时，xAf=

38、0.6所需的空时。【习题2-25】在两只串联的全混流反应器中研究的水解动力学， 第二只反应器的体积是第一只的两倍，进料浓度为CA0= 1 mol/l，在第一只反应器中的平均停留时间为96 sec第一只反应器的浓度为 CA1= 0.5 mol/l，第二只反应器的浓度为CA2= 0.25 mol/l，求水相分解动力学方程。【习题2-26】基元不可逆水相反应：A+BR+S，等温下进行，A、B等体积进料，两股物料浓度分别为0.02molA/l和1.4molB/l，在4升的全混流反应器流出后， CR1=0.002mol/l，进入一个16 升的平推流反应器，求平推流反应器出口A的最终转化率xAf及产物R的

39、浓度CR【习题2-27】在两串联的全混流反应器中进行一级液相反应。 证明当两反应器大小相同时，两只反应器的总体积最小。【习题2-28】两种液体依次进入一全混釜反应器与一只平推流反应器进行基元反应 A+BR+S，B大大过量，可视为一级反应。现为提高产量，有人提出调换两反应器进料次序，请问这样做是否有用？【习题2-29】反应物按一级反应AR分解，已知有两种进料：.CA0=1，FA0=1；.CA0=2，FA0=2,并且都须反应到CAf =0.25，求在平推流反应器用进料 所需的体积V1，如用两种进料, 为使总的反应器体积最小，而CAf的值仍为0.25，这两种进料应该怎样接触？【习题2-30】请考虑下

40、述液相连串反应：，k1= 0.25 h-1，k2 = 0.13 h-1，在原料中只有，CA0= 40 mol/m3，CB0 = CC0 = 0。反应混合物的比重为一常数。(1) 若采用平推流反应器进行上述反应，要使的转化率为50，停留时间应为多少？ 在反应器的出口处B的浓度CB为多少？(2)若改用全混流反应器，为使的转化率达50，平均停留时间应为多少？在反应器的出口处B的浓度CB为多少？【习题2-31】在298K下进行液相反应，反应速度方程为：rA=kCACB，反应速度常数k=9.92 m3/(kmol·ks)。液体进料速度为 0.278 m3/ks，和的初始浓度相同，均为0.08

41、kmol/m3，要使的转化率达87.5，试用代数法求解下述三种情况中所需的反应器体积：(1)反应在单个全混流反应器中进行；(2)两个等体积的全混流反应器串联使用；(3)三个等体积的全混流反应器串联使用。【习题2-32】在上题中我们使用等体积的全混釜串联，并与单个釜的情况进行了比较。当选用两个等体积全混釜串联时，两个釜的总体积为6.72m3。如果所有的条件都与上题相同，总转化率仍要求达到87.5，但采用两个大小不同的全混釜串联使用，那么这两个釜的最小总和体积是多少？两个釜各自的体积为多少？【习题2-33】请考虑乙醛的气相分解反应：CH3CHOCH4+CO该反应是一个二级反应，用恒温恒容间歇反应器

42、进行此反应发现：当乙醛的初始压力为1.013×10 5 Pa，反应温度为791K时，经过197秒后反应器的总压增加50。现改用平推流反应器进行此反应。反应温度仍为791K，反应物料仍为纯乙醛，进料速度为120 (l/min)，压力为1.013×10 5 Pa，那么要使乙醛的转化率达到80，反应器的体积应为多少？假设在该反应条件下乙醛的分解反应是不可逆的，且反应器进口和出口之间的压降可以忽略不计。【习题2-34】一个等温连串基元液相反应：，在一全混釜中进行，反应器体积V=3升，进料速度为2升/分，初始浓度CA0= 4 mol/l，CB0=CC0=0。且k1=0.5 min-1

43、，k2=0.25 min-1，计算反应器出口浓度CAf、CBf、CCf及A的转化率。【习题2-35】有一液相反应A+BR+P在恒温下进行。在此温度下的动力学方程为 rA=kCA2， 已知k =2.9×10-7 m3/(mol·s)，设进料中A和B的摩尔比为1/4.97，在反应中物料的密度不变，为750kg/m3，今有容积为0.5m3的反应釜一只，0.25m3的两只，0.5m3的反应管两根， 假设釜内为全混流，在管内物料的流动属平推流。若每天处理A的量为2160 kg, 各组份的分子量分别为MA=60，MB=74，MR=116，MS=18，那么： 用三个釜独立的间歇操作, 各

44、釜的装料系数为 0.85，各釜的反应时间相同，每批的辅助生产时间为30分钟，问每天生产R为多少？ 用三个釜独立的进行连续满釜操作，问每天生产R为多少？ 两根0.5m3的反应管(可视为平推流)并联，问每天生产R为多少？【习题2-36】A按二级动力学反应，在单个全混流反应器中的转化率95，如果再有一个相同的反应器与之并联或串联，在相同的最终转化率下，处理量各可增加多少倍？【习题2-37】在两只串联的全混流反应器中，液相反应物A生成R和S： ，反应可视为基元反应。进料仅含A，CA0=1mol/l，已知第一只反应器中的物料组成为CA1=0.4 mol/l，CR1= 0.4mol/l，CS1=0.2mo

45、l/l，求第二只反应器出口物料组成。(注：第一只反应器空时为2.5分，第二只反应器空时为5分。)【习题2-38】 在适当的条件下A按下式分解：，k1= k2 =0.1分-1，原料的浓度CA0=1 mol/l，CR0=CS0=0，以1000l/hr的进料速率生产R，为使R的收率最大， 要使用多大的平推流反应器？CRmax=？ 要使用多大的全混流反应器？CRmax=？【习题2-39】 基元二级液相反应2AR，在循环比为1的等温平推流反应器中进行，转化率2/3，问没有循环时转化率可达多少？【习题2-40】 甲苯加氢脱甲烷反应如下 C6H5CH3+H2C6H6+CH4，简写为ABCD，在温度为628时

46、，该反应的反应速度为：rA=78.92×103CACB0.5 mol/(l·s)；如果反应是在一个循环比很大的循环流反应器中进行，压力为55.12×10 5 Pa，进反应器的原料中氢气与甲苯的摩尔比为3.41，平均停留时间为30.1s，试求甲苯的转化率。【习题2-41】 在一全混流反应器中进行一级不可逆液相反应。反应器的体积为，原料为纯，进料速度为Q0，转化率为xA，速度常数为k；(1) 如果将50产物循环至反应器入口，并将进料速度减至0.5Q0，那么在反应器的出口处的转化率与没有循环时相比有什么变化？(2) 如果循环比仍如(1)所述，但进料速度改为 Q0那么在反

47、应器的出口处的转化率与没有循环时相比有什么变化？【习题2-42】自催化反应，于等温平推流反应器中进行，rA=kCACB，反应器出口产物分成两路，一部分作产物提纯，另一部分循环物料的量是产物量的R倍，循环物料与新鲜原料混合进反应器，已知新鲜原料液中的浓度为a0，其余为惰性溶剂，要求反应的转化率为 90，求使反应器体积最小时的循环比Ropt。如果循环比R=0.2，则反应器体积是最小体积时的多少倍？【习题2-43】 一级不可逆液相反应，进料温度为 150，活化能为83684 J/mol， 在平推流反应器中进行反应，反应器体积为P，如改成全混流反应器，其体积为m， 为达到同样转化率 xA = 0.6

48、和 0.9，则m/p之值应如何？又若转化率为 xA = 0.6和 0.9 时，为使m/p=1，反应系统的温度应作如何变化？【习题2- 44】 乙醛气相分解生成甲烷与一氧化碳：CH3CHOCH4CO，0.1kg/s 的乙醛蒸汽在520，0.1MPa于平推流反应器中分解，已知反应对于乙醛为二级不可逆反应，k = 4.3 m3/(kmol·s) 计算：(1) 35乙醛分解所需反应器体积；(2) 90乙醛分解所需反应器体积；(3) 计算(1)、(2)条件下的操作态空时和空速；(4) 若为全混流反应器，则(1)，(2)的结果如何？【习题2-45】 下述基元反应中,是目的产物，定性说明为得到高的

49、收率， 应如何进行这一反应。 【习题2-46】 复杂反应 n1=2，n2=1，n3=0，E1=25，E2=15，E3 = 45，如何选择反应器及操作条件，使有利于目的产物的生成。【习题2-47】有一液相复杂反应，原料A的浓度CA0=6mol/l，流量Q0=1 l/s， 在室温下测其反应速度rA与CA的关系如下，求转化率达83.3时所需的平推流反应器体积。CA0 mol/l 1 2 3 4 5 6rA mol/l·s 0.01 0.04 0.05 0.04 0.02 0.01 【习题2-48】全混流反应器中进行一均相液相反应，AR，rA=kCA2，转化率50， 如果反应器体积为原来的六

50、倍，其它保持不变，则转化率为多少？ 如果是体积相同的平推流反应器，其它保持不变，则转化率为多少？ 【习题2-49】一平行分解反应AS AR AT，rS =2CA，rR=1，rT =CA2， 在下列反应器中进行：全混流反应器；平推流反应器。已知CA0=2mol/l，预测CSmax为多少？【习题2-50】用一只20升的全混流反应釜，进行一级分解反应：AR， AS rR= (4/hr)CA，rS = (1/hr)CA，为获得最大利润，求每小时反应物的进料量及转化率。已知CA0=1mol/l，进料 A的价格为 0.5美元/mol，产品R的售价为5美元/mol，S没价值，反应器和产物分离器的总操作费为：

51、25美元/时+1.25美元/(molA进料)，未反应的A不循环使用。【习题2-51】对一可逆放热反应，从热稳定观点如何考虑散热方案，请用QT图表示之。【习题2-52】均相气相反应3，服从二级反应动力学，在 5atm、350和Q0=4m3/hr下，用一个2.5cm内径，2m长的实验反应器能获得60的转化率。为设计工业规模反应器，当处理量为320 m3/hr，进料含50A，50惰性组分，在25atm，350下反应，为获80 的转化率，问：需用2.5cm内径，2m长的管子多少根？这些管子应串联还是并联连接。【习题2-53】在平推流反应器中进行液相反应 ，反应压力为2大气压(绝)， 进料流率600 k

52、mol/ks，进料温度200，、的比热都10.04cal/mol,的比容为0.056 m3/kmol，在200时的反应热为(HA)=3585 kcal/kmol，反应速度常数为： k=110+0.8 (T-200)，式中T的单位是，k的单位是ks-1，反应器为绝热操作，最高允许温度为400，试求在反应达到400时，所需反应器体积为多少？ 【习题2-54】在一间歇反应器中进行某液相反应 ，A， rB=k1CA ，k1=20ks，rC =k2CA2，k2=2 m3/(kmol·ks)，原料中的浓度为 2kmol/m3，当A的转化率xA=0.5时终止反应，计算此时反应器中的物料浓度各为多少

53、？ 【习题2-55】在全混流反应器中进行一强放热反应，研究其热稳定性时得下图， 图中Qg线代表反应放出的热量速率，直线QT代表散失或移去热量的速率。假定操作过程为绝热过程：请指出真、假稳定操作点及相应的操作温度；说明目前操作下的进料温度；说明目前操作下的进料温度；【习题2-56】在平推流反应器中进行反应：，和等摩尔在450和常压下进入反应器。试分别计算在恒温和绝热两种情况下，为使的转化率达10所需的停留时间。已知数据如下：rA=107.5exp(-13848/T) l/(mol·s) HA= 125.6 kJ/mol CPB=84.6 J/(mol·K)CPA=154.1 J/(mol·K)，CPC=249.1 J/(mol·K)【习题2-57】在全混流反应器中进行可逆反应：反应原料为纯。已知正、逆反应速度常数及和的热容分别为：CPA=1225 J/(mol·K)，CPB=1172J/(mol·K)，k1=8.83×104exp(6290/T)s1，k