化学反应工程王承学课后答案

1、3-1 在反应体积为的间歇操作釜式反应器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生成丙二醇 该反应对环氧丙烷为一级，反应温度下的速率常数为0.98，原料液中环氧丙烷的浓度为2.1kmol/，环氧丙烷的最终转化率为90%。若辅助时间为0.65h，一天24h连续生产，试求丙二醇的日产量为多少？ 解 ( A ) ( B ) 一级反应丙二醇日产量= = 丙二醇日产量 3-2一个含有A和B液体以体积流量2L/min流入容积VR=10L的全混流反应器，物料在最佳的条件下进行反应A2B+C。已知由反应器流出的物料中含有A、B和C，。试求：在反应器内条件下，A、B和C的反应速率？解 空时 3-3 一个液相反应：A+BR

2、+S 其中，。 反应是在一个容积为120L的稳态全混流反应器中进行的，两条加料线，一个保持2.8mol/L反应物A的加料浓度，另一个保持1.6mol/L反应物B的加料浓度，两条线分别以等体积速率进入反应器，要求指定组分转化率为75%。求每条线的加料流量？假设反应器内密度为常数。 解 因B的浓度低，所以为指定组分，两条线混合后两组份的浓度各降一半，因此，有： 因此， 出口初始 1.4 0.8 0 0 反应掉 0.6 0.6 生成 0.6 0.6 总加料速率每条线加料流量3-4 某液相二级反应A+BR+S，其速率常数，在全混流反应器中进行，要使出口A的转化率达0.875。求（1）在单个全混釜中进行

3、，进料体积为，求全混釜体积？（2）当进料体积流量不变，用两个相等体积的釜串联，求全混釜总体积。解 1. ， 釜体积为 2. 两釜串联 因此，采用两个等体积釜相串联，反应器的总体积减小近3倍。3-5 在等温全混流釜式反应器中进行下列液相反应： A+RP（目的） 2AR 试计算反应2h时A的转化率和产物P的收率？ 解 A+RP（目的） 2AR ， 3-6 图解设计一个四釜等体积串联釜式反应器，A初始浓度为2mol/L，要求转化率为80%，求每釜的空时和总反应空时。解 图解法公式 ，式中左边为反应速率线，右边为釜间的操作线，两个釜有一个交点即为方程的解，其垂直向下做横坐标的垂线垂点的浓度值就是该釜的

4、出口浓度值。 ， ，所以,出口浓度为CAf=0.4mol/L以浓度CA为横坐标，以反应速率为纵坐标，在坐标上绘通过原点的直线，当第一个釜入口为CA0=2mol/L时，以它为起点，以-1/i为斜率向左上方作直线与线相交于一点，用该点向下作垂线，求得第一釜的出口浓度，再以该浓度为起点继续做平行第一条线的平行线，以此类推，要做出四条平行线，来调节平行线的斜率使第四釜的出口浓度正好等于CAf=0.4mol/L即为结束，然后在坐标上求得平行线的斜率值就为-1/i，定出i值，总空时为4i。经画图求得斜率近为6，的空时为1/6min，总空时为2/3min。注意：当相串联的反应釜体积不相等时，通过各釜的空时不

5、等，直线的斜率就不等。3-7 在等温操作下的间歇釜中进行某一级液相反应，13min后反应物转化了70%，若把此反应移到平推流反应器和全混流反应器中进行，达到相同的转化率所需的时空和空速为多少?解 间歇釜 ， t=13min， ， 平推流 全混流 3-8 在某一全混流反应器中进行均相液相反应AR，转化率，其他值不变，（1）若把反应器的体积增大到原来的6倍，转化率为多少?（2）若反应在一个与其容积相同的平推流反应器中进行，转化率为多少？解 AR ， ， （1） ，此时 解得 （2） ， ， 3-9 在555K、0.3MPa的平推流管式反应器中进行AP的气相反应。已知进料中含30%(摩尔分数)A，其

6、余为惰性物料，A的加料流量为6.3mol/s，动力学方程为： 为了达到95%的转化率，试求反应器的容积大小？ 解 AP（气相总摩尔数不变的反应） ， 平推流 3-10一级气相反应在平推流管式反应器中进行，当空速为时，纯A进料的转化率为90%，求A的转化率为95%时，该反应器的单位体积进料量。解 (气相等压变摩尔数反应)其膨胀率为： 利用一级等压变容公式： 代入 解得 同理 又 单位反应器体积进料量为v02/VR=1/2=0.746m3/m33-11 均相反应A3R，服从二级反应动力学，在0.5MPa、623K和纯A进料下，采用一内径为2.5cm、长2m的实验反应器能获得60%转化率。为设计工业

7、规模的反应器，当处理量为时，进料中含50%A和50%惰性物，同样在0.5MPa、623K下反应，要达到80%转化率，试问：需内径2.5cm、长2m的管子多少根？ 解 此题为二级等压变容反应过程 一根管子时： ， 。 （1）在进料含50%A和50%惰性物 ， 。 (2) ， 。 (3) ， ，且 ，并联阻力小较好。 3-12该体系为间歇等温恒容过程，反应前后分子数没有变化，因此可用浓度来表达，根据Pi V=niRT关系，变为Pi =CiRT。假设该反应为一级，将其积分关系式变为：以lnPA0/PAi 对反应时间ti作图可得一条直线，其斜率为：k=0.0278s-1 ,该一级反应的动力学方程为：r

8、A=0.0278CA将该反应用于平推流反应器中，用类似的公式，可求出反应空时。平推流反应条件为：初始分压PA0=0.1*0.8Mpa，转化率为0.95，PAf=PA0（1-xA）=0.004 Mpa，所以空时为1/0.0278*ln0.08/0.004=107.76s=1.8min，反应器体积为:VR=FA0/CA0,FA0=100mol/h,CA0=PA0/RT=0.08/(8.314 *373)=25.8mol/m3所以，反应器体积为1.8*100*25.8=0.116 m33-13 一个平推流管式反应器，的一级可逆反应 其反应速率方程为：，进料中含有的A水溶液。求：（1） 平衡转化率；（

9、2） 在反应器中的实际转化率。解：该反应为一级可逆反应，恒容过程（1） 平衡转化率 当反应达平衡时 又mol/L （2） 在反应器中转化率：将，变为A浓度关系式，即：积分上式得： 整理上式有：，即出口转化率与进料速率有关，进料速率增大转化率下降。当v0=2L/min时，转化率为0.5063-14在一平推流反应器中进行下列反应： 反应均为一级反应，反应温度下，进料A的浓度为,进料流量为150。试求目的产物R的最高收率和最大选择性，以及在最大收率时的反应体积。 解：对于一级连串反应的中间产物R，令，则其收率计算公式为：代入收率计算公式中最佳转化率： 所以，此时总选择性为3-14 二级液相反应，反应

10、物浓度为1,进入两个相串联全混流反应器中，在第一反应器出口A的浓度为0.5求第二个反应器出口A的浓度。解根据已知条件列方程式为： 3-15 有一个二级液相反应 在一个全混流反应器后串联一个平推流管式反应器中进行。进料中A的浓度为4在全混釜出口处A的浓度经测定为1平推流管式 反应器的体积是全混流反应器体积的3倍。试求，平推流管式反应器出口A的转化率。解 全混釜平推流反应器 3-17下列反应 (1) 若R是目的产物，选哪种反应器和加料方式好，为什么？(2) 若D是目的产物，选哪种反应器和加料方式好，为什么？解（1）目的产物R的瞬时选择率定义为： 随的浓度降低R的选择性提高， 若R是目的产物，低高选择性高， 半连续式操作或平推流反应器，将B一次加入或从入口加入，二A物料连续慢慢分散加入。（3） 目的产物D的瞬时选择率定义为： 随的浓度降低和A的浓度提高，D的选择性提高， 即，高 低的平推流管式反应器或半连续式操作，与上述加料相反。3-18有一个自催化反应，其速率方程为，反应温度下，处理量为1，要求最总转化率为90%。 （1）根据反应特征怎样确定反应器型式及组合？计算反应体积？ （2）如果采用循环反应器，确定最佳循环比和它的体积。解 ：（1）本反应为自催化反应，因此选择全混釜串联管式反应器。（详见P56-57） 总浓度为C0=CA0+Cp0=