化学反应工程答案

1、3 釜式反应器3.1 在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：CH3cOOC2H5NaOHCH3cOONaC2H50H该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓CH2clCH2OHNaHCO3CH20HCH20HNaClCO2以生产乙二醇，产量为 20kg/h,使用 15%(重量)的 NaHCOK 溶 730%(重量)的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为 1:1,混合液的比重为 1.02。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于 5.2l/mol.h,要求转化率达到 95%(1)(1)若辅助时间为 0.5h,试计算反应器的

2、有效体积；(2)(2)若装填系数取 0.75,试计算反应器的实际体积。解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为 80.5,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62=0.3226kmol/h0.326680.5每小时需氯乙醇：0.9530%0.326684每小时需碳酸氢钠：0.9515%反应体积：Vr=Qo(tt)=275.8(2.9680.5)=956.51度均为试问：(1)(2)0.02mol/l,反应速率常数等于(1)(2)当反应器的反应体积为若反应器的反应体积为5.6l/mol.min。要求最终转化率达到 95%1m 时，需要多长的反应时间？2nt 所需的反应时间又是

3、多少?解：(1)(2)2.83h0dXA6-=CA0(RA)0.95169.6min(2.83h)t=CA0XAfdXA0kAoCAod-XA)2kCA01-XA5.60.021-0.95因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为3.2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应:=91.11kg/h=190.2kg/h原料体积流量:氯乙醇初始浓度：反应时间：XAft=CA091.11190.2二275.8l/hCA0dXA0kCACB1.020.326610001.231mol/10.95275.81kCA0XAfdXA10.952-2.968h0(1-XA)25.21.231

4、1-0.95(2)(2)反应器的实际体积:Vr956.50.75=127513.3 丙酸钠与盐酸的反应：C2H5COONaHC1二C2H5COOHNaC1为二级可逆反应（对丙酸钠和盐酸均为一级），在实验室中用间歇反应器于 50C 等温下进行该反应的实验。反应开始时两反应物的摩尔比为 1,为了确定反应进行的程度，在不同的反应时间下取出 10ml 反应液用 0.515N 的 NaOHS 液滴定，以确定未反应盐酸浓度。不同反应时间下，NaOH液用量如下表所示：时间，min010203050ocNaOFffl 量,ml52.232.123.518.914.410.5钠的转化率要达到平衡转化率的 90%

5、试计算反应器的反应体积。假定（1）原料装入以及加热至反应温度（50C）所需的时间为 20min,且在加热过程中不进行反应；（2）卸料及清洗时间为 10min；（3）反应过程中反应物密度恒定。解：用 A,B,R,S 分别表示反应方程式中的四种物质，利用当量关系可求出任一时刻盐酸的浓度（也就是内酸钠的浓度，因为其计量比和投量比均为 1:1）为：-0.515CA=CB=05；-VNaoHmo1/110于是可求出 A 的平衡转化率：CA0一CAe52.5-10.5XAe=0.8CA052.5XA=XAe90%=0.890%=0.720.515CA=CA0(1XA)一52.5(10.72)=0.0515

6、14.7mo1/110现以内酸浓度对时间作图：由上图，当 CA=0.0515X14.7mol/l 时，所对应的反应时间为 48min。由于在同样条件下，间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以该生产规模反应器的反应时间也是 48min。丙酸的产量为：500kg/h=112.6mol/min。所需丙酸钠的量为：112.6/0.72=156.4mol/min原料处理量为：Q0=FA0/CA0=156.4/(0.051552.5)=57.841/min反应器体积：Vr=Q0( (tt。) )=57.84(182010)=45121实际反应体积：4512/0.8=564013.4 在间歇反应器中，

7、在绝热条件下进行液相反应：ABR14110003rA=1.11014exp（）（）CACBkmo1/m3.h其反应速率方程为：T式中组分 A 及 B 的浓度 CA及 CB以 kmol/m3为单位，温度 T 的单位为 K。该反应的热效应等于-4000kJ/kmol。反应开始时溶液不含 R,组分 A 和 B 的浓度均等于反应混合物的平均热容按 4.102kJ/m3.K 计算。反应开始时反应混 50Co试计算 A 的转化率达 85%寸所需的反应时间及此时的反应温度。如果要求全部反应物都转化为产物 R,是否可能？为什么？（由数值积分得出）T=32339.010.85=356.2K（2）若 A 全部转化

8、为 R,即 X=1.0,则由上面的积分式知，t-8,这显然是不可能的。30.04kmol/m,合物的温度为(1)(D(2)(2)解：(1)T=T。CA0(HT)=(XA-XA0) )=3230.041-(-4000)1t=CA00CXAfdXF04.102XA=32339.01X(RA)J=CXA00Af1.11014exp(-dXAQACBdXA1100032339.01XA=91.32h)CA(1XA)23.5 在间歇反应器中进行液相反应:ABCA=k1CACBD=I2CCCBA 的初始浓度为 0.1kmol/m3,C,D 的初始浓度为零，B 过量，反应时间为 ti时,CA=0.055km

9、ol/m3,C=0.038kmol/m3,而反应时间为 t2时，CA=0.01kmol/m3,_3C=0.042kmol/m,试求：(D(2)(3)k2/ki;产物 C 的最大浓度；对应 C 的最大浓度时 A 的转化率。解：（1）因为 B 过量，所以：A=KCAJD=kzCcIC包容时：=AD=kiCA-k2CCdCA.AAKCAdtdCr.,寸=KCA-k2CC(A)(B)（B）式除以（A）式得：dCCk2cCT；dCAKCA解此微分方程得：将 tl,CA,Cc及 t2,CA,Cc数据代入(C)式化简得:0.420.55x-0.380.1x=0.420.55-0.380.1解之得：k?k?x

10、r-0.525=-k1k1先求出最大转化率：i触XA,max=1一(均)%=0.7425k2产物 C 的最大收率：1klYC,max=1|(1XAT1(1XA)=0.49051k.1k1产物 C 的最大浓度：_-3CCmax=CA0YCmax=00.4905=0.0491kmol/m3C.maxA0C.max3.6 在等温间歇反应器中进行液相反应A1匕一国 TA3初始的反应物料中不含 4 和 A3,A 的浓度为 2mol/l,在反应温度下ki=4.0min-1,k2=3.6min-1,k3=1.5min-1。试求：(1)(1)反应时间为 1.0min 时，反应物系的组成。(2)(2)反应时间无

11、限延长时，反应物系的组成。(3)(3)将上述反应改为A-TA2。 &3TA3 反应时间无限延长时，反应物系的组成。解：根据题中给的两种反应情况，可分别列出微分方程，然后进行求解。但仔细分析这两种情况，其实质是下述反应的特例：A1-KTA2-KTA3(A).当k2=0时，(A)式变为A仁A2TA3(B)_.当k1=0时，(A)式变为AA2A3(C)当月=0*2=0时，(A)式变为ATA2TA3(D)其中式(D)即为书讲的一级不可逆连串反应。可见只要得到(A)式的解，则可容易化简得到(B),(C)及(D)式的解。对于(A)式，可列出如下微分方程组：CC二kiICH3COCH3C6H50H生

12、产苯酚和丙酮。该反应为一级反应，反应温度下反应速率常数等于 0.08s-1,最终转化率达 98.9%,试计算苯酚的产量。(1)(1)如果这个反应器是间歇操作反应器，并设辅助操作时间为 15min;(2)(2)如果是全混流反应器；(3)(3)试比较上二问的计算结果；(4)(4)若过氧化氢异丙苯浓度增加一倍，其他条件不变，结果怎样？解：(1)0.81一0.989Vr=Q0(ttO)=QO(0.9415)=300lQ0=300/15.94=18.82l/min苯酚浓度C苯酚=CA0XA=3.20.989=3.165mol/1苯酚产量QOC苯酚=18.82父3.165=59.56mol/min=335

13、.9kg/h(2)全混流反应器二CA0dXA0(RA)二CA00XAfdXAkA0cA0(1一XA)ln，k1XA=56.37s=0.94minVr二Q0cA0XAfQ0XAfkCA0(1XAf)k(1XAf)Vrk(1XAf)3000.08(1一0.989)=0.2669l/s=16.02l/minXAf0.989苯酚产量Q0C苯酚=16.02父3.2父0.989=50.69mol/min=285.9kg/h(3)说明全混釜的产量小于间歇釜的产量， 这是由于全混釜中反应物浓度低， 反应速度慢的原因。(4)由于该反应为一级反应，由上述计算可知，无论是间歇反应器或全混流反应器，其原料处理量不变，

14、但由于 QB增加一倍，故 C 苯酚也增加一倍，故上述两个反应器中苯酚的产量均增加一倍。3.9 在间歇反应器中等温进行下列液相反应：3ABRrR=1.6CAkmol/m.h232ADrD=8.2C：kmol/m3.hrD及 rR分别为产物 D 及 R 的生成速率。反应用的原料为 A 及 B 的混合液，其中 A 的浓度等于 2kmol/m3。(1)计算 A 的转化率达 95%寸所需的反应时间；(2)A 的转化率为 95%寸，R 的收率是多少？(3)若反应温度不变，要求 D 的收率达 70%能否办到？(4)改用全混反应器操作，反应温度与原料组成均不改变，保持空时与(1)的反应时间相同，A 的转化率是

15、否可达到 95%(5)在全混反应器中操作时，A 的转化率如仍要求达到 95%其它条件不变，R 的收率是多少？(6)若采用半间歇操作，B 先放入反应器内，开始反应时 A 按(1)计算的时间均速加入反应器内。假如 B 的量为 1 吊，A 为 0.4m3,试计算 A 加完时，组分 A 所能达到的转化率及 R 的收率。解：(1)第二章 2.9 题已求出 t=0.396h=24.23mindCRdCA.dCR一 1.6CA一1SR-()/()-2dtdtdCA1.6CA16.4CA110.25CACA=CA0(1一XA)=2(10.95)=0.1kmol/m31_12ln(110.25CA)lni10.

16、2553=0.2305kmol/mD 的收率:0.9532.8(1一XA)AdXA=0.83480.7034.4-32.8XACAcSRdCACA00.112110.25CACRCA00.2305=0.1153(3)若转化率仍为 0.95,SD28.2CA1.616.4CA且温度为常数，则 D 的瞬时选择性为:32.8(1-XA)34.4一32.8XAYD二XAf0SDdXA这说明能使 D 的收率达到 70%(4)对全混流反应器，若使 T=t=0.3958h,则有0.3958;CA0-CA21.6CA16.4CA解之得：00.443300.4433XA=CA0-CA=0.77840.95所以：

17、CA0这说明在这种情况下转化率达不到 95%(5)(5)对全混流反应器，若 X=0.95，则 R 的收率为:(6)依题意知半间歇式反应器属于连续加料而间歇出料的情况。为了求分组 A的转化率及 R 的收率，需要求出 A 及 R 的浓度随时间的变化关系，现列出如下的微分方程组：采用间歇釜操作时，原料为 A 与 B 的混合物，A 的浓度为 2kmol/m3.现采用半间33歇釜操作，且VB=1m,VA=0.4m,故可算出原料 A 的浓度为：dt代入(1),(2)式则得如下一阶非线性微分方程组:dCA7-CA2A=A1.6cA16.4CAYR=SXAfXAf0.95=0.4691110.25CAO(1-

18、XAf)110.252(1-0.95)d(VCA)对 A：dt对 R:d(VCR)dt2(1.6CA16.4CA)V=Q0CA01.6CAV=0(D(DV=VQtV0=1m3在反应时间(t=0.4038h,为方便起见取 t(3)=0.4h)内将 0.4m3的 A 均速加入反QO应器内，故04=1m3/h0.4CA0( (14kmol/m30.4由于：d(VCA)_5dVVdCAdtd(VC”dtdVdtdtY 喈dt1tAA(4)3.10 在两个全混流反应器串联的系统中等温进行液相反应:2ABrA=68C；kmol/m3.h8-RrR=14CBkmol/m3.h加料中组分 A 的浓度为 0.2

19、kmol/m3,流量为 4n3/h,要求 A 的最终转化率为 90%试问：(1)(1)总反应体积的最小值是多少？(2)(2)此时目的产物 B 的收率是多少？(3)(3)如优化目标函数改为 B 的收率最大，最终转化率为多少？此时总反应体积最小值是多少？解：(1)V5V=2Q0CA0XA12Q0cA0(XA2-XA；)k1CA(1XAI)2k2CA0(1XA2)23将 XA2=0.9 代入上式，则100(1-XA1) )=1XA1解之得 XA1=0.741所以总反应体积的最小值为0.741+0.9-0.741168M0.21(10.741) )2(1-0.9)2一RB=34CA14CBCAI4(1

20、XAf)=0.05182RB1=34CA114cBi=0.0912314cBiVr1=CB1-CB0Q0RBdCR=1.6CAdtCRn(5)初始条件：t=0,CA=0,CR=0可用龙格-库塔法进行数值求解。取步长t=0.02h,直至求至 t=0.4h 即可。用 t=0.4h 时的 CA和 CR可以进行 A 的转化率和 R 的收率计算：NA0-NACAoVA-CAVXANAOCAOVA式中 VA为所加入的 A 的体积，且 VA=0.4m3;CA0为所加入的CA0=7kmol/m3;V 为反应结束时物系的体积，V=1.4m3。A 的浓度，且YR=同理可以计算出 R 的收率：CRVCA0VA对上式

21、求 dVr/dXA1=0 可得:1XAI21XAI(1-XA2) )2二0Vr=V=1V=2=3.2494.676=7.925m3式中 CA0为常数。由题意，欲使 G2 最大，则需对上述二元函数求极值:鼻”J；112联立上述两个方程可以求出及P2。题中已给出 Q,故由Vr=Q0(Z+%) )可求出 CB2最大时反应器系统的总体积。将，P2代入(5)式即可求出 B 的最高浓度，从而可进一步求出YmaX将P2代入 0 x2,则由 XA2=(CA(TCA2)/CA0可求出最终转化率。3.11 在反应体积为 490cm3的 CSTR 中进行氨与甲醛生成乌洛托品的反应:3.249CB1即40.09123

22、-14CB1解得 CBi=0.005992kmol/m34.676CB2CB1CB2-0.0059922同理一22434C；2-14CB234CA0( (1-XA2) )2-14CB23解得2=0.00126kmol/mCB220.00126YB=2Q-1.26%B 的收率：CA00.2目标函数改为 B 的收率，这时的计算步骤如下：对于第衡算方程分别为：CAi一CAii 个釜, 组分 A,B 的对 A:68cAiCBi-CBi对 B:当 i=1C-2i34cAi14cBi时，A0-CA12二168CA(1)CB1234CA114CB1当 i=2 时，CA1-CA22二268CA2(2)(3)C

23、B2234CA2T4CB2二2(1)式解出 CAi代入(2)式可解出 CBi；由(1)式解出G2；将 CB1及 CA2代入(4)式可解出G2,其为 pB2=f(CA0,1,2) )CAi代入(4)(3)式可解1,P2的函数，即(5)Vr=Q0CA0XAf0CBQOCAOXAfkCA0(1XA) )(CB06-2-CAOXA)24即得:490=3XAf20.06447(1一XAf)(3.161.52.03XAf)2整理得：XAf3.075X；f3.162XAf1.077=0解得：XAf=0.821反应器出口 A,B 得浓度分别为：CA=CA0(1一 XA)=2.03(10.821)=0.3634

24、mol/l-6一CB=CB0一CA0XA=3.161.52.030.821=0.66024mol/l3.12 在一多釜用联系统，2.2kg/h 的乙醇和 1.8kg.h 的醋酸进行可逆反应。各个反应器的体积均为 0.01m3,反应温度为100C,酯化反应的速率常数为 4.76x10-4l/mol.min,逆反应（酯的水解）的速率常数为 1.63x10-4l/mol.min。反应混合物的密度为 864kg/m3,欲使醋酸的转化率达 60%求此用联系统釜的数目。解：等体积的多釜用联系统CAi7-CAik1CACB-k2CCCD(A)4NH36HCHO,(CENM6H2。式中(A)-NH3,(B)H

25、CH 或应速率方程为：A=QACBmol/l.s3式中卜=1.42父10exp(-3090/T)o氨水和甲醛水溶液的浓度分别为1.06mol/l 和 6.23mol/l,各自以 1.50cm3/s 的流量进入反应器，反应温度可取为36C,假设该系统密度恒定，试求氨的转化率 XA及反应器出口物料中氨和甲醛的浓度 G 及 CB0解：c4.06CAO2.03mol/1A02c6.32CB03.16mol/123Q0=21.5=3.0cm3/sCA0(1XA)_6CB=CBOCAOXA=3.16一1.52.03XA4k=1.42103exp(-3090/309)=0.06447A,B,C,D 分别代表

26、乙酸，乙酸乙酯和水。由计量关系得:CB=CB0-（CA0-CA）CC=CD=CA0-CA从已知条件计算出：3.13 以硫酸为催化剂， 由醋酸和丁醇反应可制得醋酸丁酯。 仓库里闲置着两台反应釜，一台的反应体积为 3m,另一台则为 1 吊。现拟将它们用来生产醋酸丁酯,初步决定采用等温连续操作，原料中醋酸的 0.浓度为 0.15kmol/m3,过剩，该反应对醋酸为 2 级，在反应温度下反应速率常数等于1.2m3/h.kmol,要求醋酸的最终转化率不小于 50%这两台反应釜可视为全混反应器，你认为采用怎样的串联方式醋酸丁酯的产量最大？为什么？试计算你所选用的方案得到量。如果进行的反应是一级反应，这两台

27、反应器的串联方式又应解：因为反应级数大于 1,所以联立方式应当是小釜在前，大釜在后才能使醋酸丁酯产量最大。现进行计算：22_QokCA0（1XA1）QOVr2_CAO（XA21）一3_22_QokCA0（1XA2）Qo二式联立化简后得到：（将 XX2=0.5 代入）CA0CB034:6.484.0602.286410.33mol/1mol/14.0460.0186460129.6min4.0将上述数据代入（A）式，化简后得到：2CAI=0.04056CAi1.5113CAI-0.887若 i=1,则（B）式变为:解之得：CA1=4.36420.04056cAi1.5113cAi（B）一0.88

28、7=CA0=6.48若 i=2,则（B）式变为:解之得：CA2=3.20若 i=3,则（B）式变为：解之得：CA3=2.53即：三釜串联能满足要求mo1/1,XA1=0.32620.04056CA21.5113cA20.887=CA1=4.364mo1/1,XA1=0.50620.04056CA31.5113cA30.887=CA2=3.2mo1/1,XA1=0.609丁酯则大量的醋酸丁酯产如何？VriCA0XA1230.52.75XA12.5XA1XA1=0解之得：XM=0.223QO-kCA0( (1XAI)QOVr2=CA0(XA2-XA1)=1_Q0kCA0(1一XA2)Q0解得 XA

29、I=0.39243k(IXAI)31.2(10.3924)5.575产量同前。说明对此一级反应，连接方式没有影响。3.14 等温下进行 1.5 级液相不可逆反应：ATB+C。5nT/kmol5.h,A 的浓度为 2kmol/m3的溶液进入反应装置的流量为 1.5m3/h,试分别计算下列情况下 A 的转化率达 95%寸所需的反应体积：(1)全混流反应器;(2)两个等体积的全混流反应器串联；(3)保证总反应体积最小的前提下，两个全混流反应器串联。解：(1)全混流反应器kCA0( (1XA1) )2V1.20.15(10.223)213fU二0.4873m/h醋酸丁酯产如果进行的、A1=Q0CA0X

30、A20.223=0.48730.150.5=36.55级反应，可进行如下计算:mol/h(D(DVr1(1)小反应器在前，大反应器在后：CA0XA1Q0kCA0( (1XAI)QOVr2CA0( (XA2-XAI)3QOkCA0( (1XA2) )联立二式，且将 XA2=0.5XA13XA10.5=0解得：XA1=0.1771Q0代入，化简后得到：所以有:k(1XA1) )XA1O71)=5.5760.1771/h醋酸丁酯产目_Q0CA0XA2=5.5760.150.5=0.4182=kmol/h(2)大反应器在前，小反应器在后：Vr1CA0 xA1m3/h所以有:XA10.3924反应速率常

31、数等于Vr=Q0cA0XA1.520.95_151515kCA.5(1-XA)5M21M(1-0.95)元=18.02m3CA0XAkiCA0( (1XA)0.1(1-XA)所以：XA=0.80,CA=CA0(1XA)=0.02kmol/m3CR即为：100CACR0.08=0CR=0.02372kmol/m30.02372,0.23720.13.16 在全混流反应器中等温进行下列液相反应:Vr1Q0cA0XA1V”kCA0(1-XA1) )1.5QCA0( (XA2-XA1) )kcA5( (1-XA2) )1.5由于Vr1=V2,所以由上二式得:XA1(XA2-XA1) )(1-XA1)

32、)1.5(1XA2) )1.5将 XA2=0.95 代入上式，化简后得到XAI=0.8245,所以:Vr1Q0cA0XA115=2.379kCA0(1-XA1) )1.5用联系统总体积为：Vr=2Vr1=4.758(3)(3)此时的情况同( (1),即Vr=18.033.15原料以 0.5m3/min的流量连续通入反应体积为 20m的全混流反应器,进行液相反应：A=%CArD=k2cRCA,CR为组分 A 及 R 的浓度。rA为组分 A 的转化速率，rD为 D 的生成速率。原料中 A的浓度等于 0.1kmol/m3,反应温度下，ki=0.1min-1,k2=1.25m3/kmol.min,试计

33、算反应器出口处 A 的转化率及 R 的收率。解：VrQ0网:40min0.5XAYR=JCA02AuBACk3D360l/h,其中含 25%A,5%C 均按质量百分率计算），料液密度等于若出料中 A 的转化率为 92%试计算：所需的反应体积；B 及 D 的收率。已知操作温度下，k1=6.85X10-5l/mol.s;k2=1.296x10-9s1;k3=1.173X10-5l/mol.s;B 的分子量为 140;D 的分子量为140。解：因 MI=Ml=140,所以 M=M=702(%CAKCB)K3CACCk1CA一k2cB(4)1k3CA（5）式及上述数据代入（1）式，可整理为由,CBCC

34、0CCk3cAec(3)式分别得:_k1CA(3)=3.831X105s=106.4h(1)3(1)反应体积Vr=Q0=106.4*360=38300l=38.30m(2)（2）将 p 代入（4）式得CB=1.016mol/l,所以 B 的收率为:YB2CBCA021.01682.60%2.46对 A 作物料衡算:所以有：CA0-CA=2CBCD进料速率为30.69g/cm(1)(1)(2)(2)FA0由;3600 690 25=0.8871kmol/hCA0MAFA0700.887110002.46mol/1360FC0Q0WCCA0MCC0.177410003600.690.050.177

35、4kmol/h70360CA0XA=0.4929mol/l(D(D(2)将（4）,（5）P 的代数方程式，解之得 TCD=CA0CA_2CB=CA0XA2CB=2.460.92-21.016=0.2312mo1/13.17在 CSTFfr 进行下述反应：C6H6C12k1C6H5C1HC1(B)(C)(M)(H)(I) )C6H5C1C12k2C6H4c12HC1(M)(C)(D)(H)(2)C6H4c12cl2k3C6H3c13HC1(D)(C)(T)(H)如果 ki/k2=8,k2/k3=30,CB6=10.0mol/l,氯对苯的加料比=1.4,kir=1l/mol,(七为空时)，试计算反

36、应器出口 B,M,D,T,C 的浓度。各个反应对各反应物均为一级。解：CB0=10kmo1/m3,k1/k2=8,k2/k3=30,Cco/CB0=1.4,k=1分别列出组分 B,M,D,T,C 的物料衡算式：By=CB0-CBC=CB0k1CBCC1cc(1)CM88cBecM:一,CM-k1CBCcFCMCC8CCN.CD30CCCMD:=，CD二卜2却乂-k3CDCc240CCT：C,CT=-CCCDk3CcCD30C：Cc。2CD3CT由(5)式得：联立(1),(2),(3),(4),(6)式(五个方程，五个未知数)230CCCM240CBOCC240CC(240CC)(1CC)(8C

37、C)所以 D 的收率为:YD二以CA00.23122.46=9.40%(5)1.4CB0=CCCM2CD3CT=ce8cBec60CCCM1八八旦CeMCCCD8Cc240Cc10cD(6)由(2)式得:由(3)式得:CM8CBCC8CC8CB0CC(1CC)(8CC)CD(8)将(1),(7),(8)式代入(6)得:312_=33.51031.3710exp(-12628/T)CA0(1-XA)(CB0-CAOXA)2.65T-To二绝热操作方程：由（3）式得：CAOLHr)XA(3)(4):CptCAO(-Hr)(T-TO)（4）代入（2）式得:_2_3-8CB0CC480CBOCC24C

38、B0CCBACBIBOCIBOCIBOC1.4CBO=CC(1CC)(8CC)(240CC)(1CC)(8CC)(240CC)(1%)(8CC)432整理得：CC475CC3562CC-9232CC-26880=0解得：CC=0.908kmol/m3即：1.410=3.3455.42722.23830.031214.0=14.03.18 根据例题 3.12 中规定的条件和给定数据，使用图解法分析此反应条件下是否存在多定态点？如果为了提高顺丁烯二酸酊的转化率，使原料以 0.001m/s 的流速连续进入反应器，其它条件不变，试讨论定态问题，在什么情况下出现三个定态点？是否可能实现？解：由例 3.1

39、1,3.12 知：_12_3RA=KCACB=1.3710exp（12628/T）CACBkmol/m.sTO=326K,QO=0.01m3/h,Vr=2.65m333CAO=4.55kmol/m,CBO=5.34kmol/m3Hr=-33.5kJ/mol=33.510kJ/kmolEpt=1980kJ/m3.K移热速率方程：qr=QoPCpt（T-TO）=19.8（T-326）（1）放热速率方程：qg=（-Hr）（）（-RA）Vr代入（1）式得:代入（7）式得:代入（8）式得:代入（4）式得:验证:-103CB2.301kmol/m313.345CMCDCT82.3013.34583.345

40、35.427kmol/m3303.3455.4272403.3452.238kmol/m31X303.3452.238=0.0312kmol/m31.4CBO=CCCM2CD3g312_PCpt_qg=33.5x103黑1.37x10exp(12628/T)CA01p(T-T0)g-CAO(-AH/由上图可知，此反应条件下存在着两个定态点。如果为了提高顺丁烯二酸酊的转化率，使Q=0.00lH7s,而保持其它条件不变，则这时的移热速率线如 qr所示.、,一.、.、.一.一由图可知，qr与 qg线无交点，即没有定态点。这说明米用上述条件是行不通的。从例 3.11 可知，该反应温度不得超过 373K

41、,因此从图上知，不可能出现三个定态点的情况。3.19 根据习题 3.3 所规定的反应及给定数据，现拟把间歇操作改为连续操作。试问：(1)(1)在操作条件均不变时，丙酸的产量是增加还是减少？为什么？(2)若丙酸钠的转换率和内酸产量不变，所需空时为多少？能否直接应用 3.3中的动力学数据估算所需空时？(3)若把单釜操作改变三釜串联，每釜平均停留时间为(2)中单釜操作时平均停留时间的三分之一，试预测所能达到的转化率。解：(1)在操作条件均不变时，用习题 3.3 中已算出的 Vr=4512l,Q0=57.84l/min,则可求出空时为 r=4512/57.84=78min0此即间歇操作时的(t+t。)

42、。当改为连续操作时，转化率下降了，所以反应器出口丙酸的浓度也低于间歇反应器的结果。因 Q 维持不变，故最后必然导致丙酸的产量下降。这是由于在连续釜中反应速率变低的缘故。(2)若维持 X=0.72,则可由 3.3 题中的数据得出 X=0.72 时所对应的反应速率，进而求出这时对应的空时 r=246.2min。因题意要求丙酸产量不变，故 Q 不能变，必须将反应器体积增大至 14240l 才行。(3)这时 r1=r/3=82.1min。利用 3.3 题中的数据，可求出 RAXA之关系，列表如下：XA00.10.20.40.60.8-RA0.17190.13910.10960.06016:0.0236

43、3:0故可用作图法求此串联三釜最终转化率。第三釜出口丙酸钠的转化率为:XA3=0.787。3.20 根据习题 3.8 所规定的反应和数据，在单个全混流反应器中转化率为 98.9%,如果再有一个相同大小的反应釜进行串联或并联，要求达到同样的转化率时，生产能力各增加多少？T326330340350360362.5365367.5370qg44.163.87149.7314.8586.7670.81756.8851.8942.1-PCpt 1542CB0(T-T0)M2.65=553.3X10exp(-12628/T)(128.8-0.6291T+7.677父10-T)(-HJj1(5)由(1)式及

44、(5)式作图得:解：(1)二个 300l 全混用联釜，2=0.989,QOXAI-300k(1XAI)VQO( (XA2-XAI)Vr2二二300k(1-XA2)(2)解得：XAI=0.8951代入(1)式求出此系统的体积流量：3.8 题中已算出QO,1=16.02l/min。因为最终转化率相同，故生产能力增加168.7/16.02=10.53 倍。(2)二个 3001 釜并联，在最终转化率相同时，Q 增加一倍，生产能力也增加一倍。3.21 在反应体积为 0.75m3的全混流反应器中进行醋酊水解反应，进料体积流量为 0.05m3/min,醋酊浓度为 0.22kmo1/油温度为 25C,出料温度

45、为 36C,该反应为一级不可逆放热反应，反应热效应等于-209kJ/mo1,反应速率常数与温度的关系如下：k=1.8义10-7exp(-5526/T),min-1反应物料的密度为常数，等于 1050kg/m3,热容可按 2.94kJ/kg.C 计算。该反应器没有安装换热器，仅通过反应器壁向大气散热。试计算：(1)(1)反应器出口物料中醋酊的浓度；(2)(2)单位时间内反应器向大气散出的热量。解：T0=298K,T=3O9K,QO=0.05m3/min_3Hr=-209103kJ/kmolk=1.8107exp(-5526/309)=0.308(1)(1)求转化率：解得:XAf=0.8221反应器出口物料中醋酊浓度:3CA=CAO(1一XA)=0.22(1一0.8221)=0.03914kmol/m3(2)单位时间内反应器向大气散出的热量：Q=QOCpt(TTO)(Hr)(RA) )Vr=0.0510502.94(309一298)(209103)0.3080.22(10.8221)0.75191kJ/min3.22 在反应体积为 1m3的釜式反应器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生产丙二醇-1,2:H2