化学反应工程第二版课后答案

第一章习题

1化学反应式与化学计量方程有何异同？化学反应式中计量系数与化学计量

方程中的计量系数有何关系？

答：化学反应式中计量系数恒为正值，化学计量方程中反应物的计量系数

与化学反应式中数值相同，符号相反，对于产物二者相同。

2何谓基元反应？基元反应的动力学方程中活化能与反应级数的含义是什么？

何谓非基元反应？非基元反应的动力学方程中活化能与反应级数含义是什

么？

答：如果反应物严格按照化学反应式一步直接转化生成产物，该反应是基

元反应。基元反应符合质量作用定律。基元反应的活化能指1摩尔活化分

子的平均能量比普通分子的平均能量的高出值。基元反应的反应级数是该

反应的反应分子数。一切不符合质量作用定律的反应都是非基元反应。非

基元反应的活化能没有明确的物理意义，仅决定了反应速率对温度的敏感

程度。非基元反应的反应级数是经验数值，决定了反应速率对反应物浓度

的敏感程度。

3若将反应速率写成-仄=-等,有什么条件？

答：化学反应的进行不引起物系体积的变化，即恒容。

4为什么均相液相反应过程的动力学方程实验测定采用间歇反应器？

答：在间歇反应器中可以直接得到反应时间和反应程度的关系，而这种关

系仅是动力学方程的直接积分，与反应器大小和投料量无关。

5现有如下基元反应过程，请写出各组分生成速率与浓度之间关系。

(1)A+2B«C

A+C-D

⑵A+2B-C

B+C—D

C+D-E

⑶2A+2B-C

A+C—D

解

鼠=一尢CA£+k2cc-k3cAec+k4cD

rR^-2k}c^+2k2cc

⑴

rc=左，A，B一42，c—k3cAec+勺，D

〜%3cAec_k4

rA~—^lCACB+42，C

尸B=-2A：|CACB+2kzec-A3cBec+44，D

(2)

k=人|CA，B—h%~43cBec+左4，D—后5。电+

rD-k3cBec-44，D-^5CCCD+^6CE

YA=-+2k/c-k3c^cc+k4cD

。=-2匕或储+2k2cc

⑶

rc=^lCACB~—%3cAec+%4，D

〜=43cAec-^D

6气相基元反应A+2B-2P在30℃和常压下的反应速率常数总=2.65x

104m6kmo卜2s-i。现以气相分压来表示速率方程，即（-小）=的外加2，求能=?

（假定气体为理想气体）

解

T=273+30=303K

^=2.65xl04m6kmor2s-1

c=2

RT

f-c年蚓

F=%PPAP；

462-1

.kc2.65x10mkmols

p(RT)3(8,314kJ-kmor'K-1x3O3K)5

=1.655x10^6kmol-m^3s'kPa3

7有一反应在间歇反应器中进行，经过8min后，反应物转化掉80%,经过

18min后，转化掉90%,求表达此反应的动力学方程式。

解

108_1

(总。)

81-0.8-2

10.91

(^CA0)l8min

181-0.9-2

假设正确，动力学方程为

8反应A(g)+B(l)fC(l)气相反应物A被B的水溶液吸收，吸收后A与B生

成C。反应动力学方程为：-/A=/rcxc&o由于反应物B在水中的浓度远大

于A,在反应过程中可视为不变，而反应物A溶解于水的速率极快，以至

于A在水中的浓度恒为其饱和溶解度。试求此反应器中液相体积为5m3

时C的生成量。已知A=1m3kmol-1hr1,Cfeo=3kmol-m-3,3饱和=0.02

kmolm-3,水溶液流量为10m3hr1o

解

一八=由已知条件，以与，均为常数

-。=1x0.02x3=0.06kmol-m3hr-1

反应时间即液相在反应器中的停留时间r=71=0.5hr

10m3hr-1

C的生成量=0.06kmol-m3hr1x0.5hrx5m3=0.15kmol

9反应2H2+2NO.N2+2HQ,在恒容下用等摩尔H2,NO进行实验，测

得以下数据

总压/MPa0.02720.03260.03810.04350.0543

半衰期/S26518613510467

求此反应的级数。

解

n

-誓*Pl-p-dpA=kpdt

at

一I"'叫小’

PM

t=%2PA=05pAO7（P：；-OS"PAO）=与仇

〃一1

1-0.5~〜.1-0.5〜AA11

k（I）PAO=%后卜（〃_］）+（1一〃）皿pA0=Intl/2pM=5p总

PAO0.13600.16300.19050.21750.2715

4226518613510467

In^Ao-1.995-1.814一1.658-1.526-1.304

In力25.5805.2264.9054.6444.205

In缶对InPAO作图，得直线

Y=A+B*X

ParameterValueError

A1.602170.01399

B-1.99460.00834

斜率-1.9946—1.9946=1—〃"安3三级反应

。誓=冷试推导在恒

10考虑反应Af3P,其动力学方程为—人=

容下以总压表示的动力学方程。

解

AP

p总

，=°0

PAO0PM

t=t«A3（〃AO-〃,\）

PA3（PAO-PA）3PAO-2PA

（3PAO-P总）修

PA=S（3PAL夕总）"A

2RT

11A和B在水溶液中进行反应，在25℃下测得下列数据，试确定该反应反

应级数和反应速度常数。

时间/S116.8319.8490.2913.8118800

cx/kmolm-399.090.683.070.665.342.4

Cfe/kmolm-356.648.240.628.222.90

解

由6-6=42.4可知反应应按下列方式A+B-产物进行

设为二级反应

-如A=hA，B积分得：虹=—J—历幺维

d’，A0—，B0CAOCB

以一--In幺对t作图若为直线,则假设正确。

°A0一°B0

由CAO-CBO=42.4整理得数据如下：

t116.8319.8490.2913.81188

一!一旧幺0.013

y=0.0140.0160.0210.024

%一■（）。29967

线性回归：

Y=A+B*X

ParameterValueError

A0.011661.84643E-4

B1.08978E-52.55927E-7

y=1.0898x10-5，+。oi166

左=1.0898x10-5皿3km

5

-^=1.0898x10CACB

12丁烷在700℃,总压为0.3MPa的条件下热分解反应：

C4H10-2c2H4+H2

(A)(R)(S)

起始时丁烷为116kg，当转化率为50%时—以=0.24MPa-s，求此时

d/

叭d%dyA

-----，-----------,----------------o

dtdtAt

解

誓y-等卜

2x0.24=0.48MPa-s_|

助s5APsL

d/一d/RT

〃AO=——=2kmolx=0.5时

58A

R

=Ikmoh〃=2kmol,ns=Ikmol,nt=4kmol

F="RT4xRT

P总300

d»_Vdp4x2.4

ss4dps=0.032kmol-s"'

dt-RTdt300dt300

-蚣=一_皿-

L=—x0.24=0.8s'

d/p总d/0.3

13某二级液相不可逆反应在初始浓度为5kmo卜m3时，反应到某一浓度需要

285s,初始浓度为Ikmol-m，时，反应到同一浓度需要283s,那么，从

初始浓度为5kmoHn-3反应到1kmoHir3需要多长时间？

解

V285-283=2s

反应前后体积不变的不可逆反应，已经反应掉的部分不会对反应产生任何

影响。反应过程中的任意时刻都可以作为初始时刻和终了时刻。

14在间歇搅拌槽式反应器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反应式为：

ll；so

CH,COOH+C4H9OH^>CH3COOC4H9+H2O

(A)(B)(R)(S)

反应物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97,反应在100°C下进行。A转化率达

50%需要时间为24.6min,辅助生产时间为30min,每天生产2400kg醋

酸丁酯(忽略分离损失)，计算反应器体积。混合物密度为750kg皿-3,反

应器装填系数为0.75。

解

A4-B—>R+S

M.6074116

R产量2400/24=100kg-hr4—=0.862kmol-hr1

转化率50%,则A的投料量上叱=1.724kmolhrd

0.5

折算成质量流量L724x60=103.4kghr-1

A:B=1:4.97则B投料量1.724x4.97x74=634.1kg-hr-1

总投料量103.4+634.1=737.5kghr1

换算成体积流量空^=0.9834m3hr-'

总生产时间24.6+30=54.6min折合一—=0.91hr

反应器有效体积0.9834x0.91=0.8949m

反应器总体积”变=1.2m3

15反应(CH3co)2<3+H20T2cH3cOOH在间歇反应器中15℃下进行。已知

一次加入反应物料50kg，其中(CH3co纭。的浓度为216moi，物料密

37

度为1050kg-m-o反应为拟一级反应，速率常数为4=5.708*10exp(-

BRT)min-if£^49.82kJ-moH0求力=0.8时，在等温操作下的反应时间。

解

_49820

k=5.708xlO7exp(-------------)=0.05252min-1

8.314x288

1

---------In---=30.6min

k1-0.052521-0.8

16在100℃下，纯A在恒容间歇反应器中发生下列气相反应:

2A->R+S

A组分分压与时间关系见下表:

#sec020406080100120140160

PA/MPa0.0.090.080.050.030.010.000.000.00

//

(((1!(i4

试求在100°C,O.IMPa下，进口物流中包含20%惰性物，A组份流量为

WOmoIhM,达到95%转化率所需的平推流反应器的体积。

解

平推流反应器的停留时间与间歇反应器的反应时间相同。

由数据表可知，pM=0.08MPa,转化率95%仿人=0.004MPa)所需要的反应时间为

r=140-40=100s

〃^x8.314x373.15

V=vr=以英一「-----x100=0.1077m③

0.1xl06x(l-0.2)

17间歇操作的液相反应A-R,反应速率测定结果列于下表。欲使反应物浓

度由3o=1.3kmolm-3降到0.3kmolm-3需多少时间？

Gx/kmolm-30.0.0.0.0.0.60.70.81.01.32.0

12345

(-0.0.0.0.0.0.20.10.00.00.040.04

/A)/kmolm-3min-113565506552

解

cA0=1.3kmol-m"cAf=0.3kmol-m”

图解积分

3

cAkmol-m-0.10.20.30.40.50.60.70.81.01.32.0

103.332.01.672.04.01016.720.022.223.8

tr=岑(2.0+16.7+2(1.67+2+4+10))+苧(16.7+20)

+浮(20+22.2)=2.702+3.67+6.33=12.7min

18一气相分解反应在常压间歇反应器中进行，在400K和500K温度下，其

反应速率均可表达为-小=23优2molm-3s-1,式中侬的单位为kPa。求

该反应的活化能。

解

将分压换算成浓度：

PA=CHT

400KF：

3-1

-rA=23/?^kmol-ms

F=23C：（400A）2

同理：

500K下：

=23C：（500R）2

（一心Ko=竺=exp（_E11__

"E=7421Jmor'

（-rA）500_2548.314（400500”

19有如下化学反应

CH4+C2H2+H2=C2H4+CH4

(I)(A)(B)(P)(I)

在反应前各组分的摩尔数分别为/7io=1mol;/7Ao=2mol;mo=3mol;加o=O,

求化学膨胀率(用两种方法卜

解

方法一

以=%3A

,1-1-1,211

A=-T—%=不可二3分二

方法二

KT—匕=。=1+0+(3-2)+2-(1+2+3)=」

曝。1+2+33

20在555K及0.3MPa下，在平推流管式反应器中进行气相反应A-P,已

知进料中含A30%(摩尔分数)，其余为惰性物料，加料流量为6.3mol-s-i,

动力学方程式为-/A=0.27cxmo卜m-3s-i为了达到95%转化率，试求：

(1)所需空速为多少？

(2)反应器容积大小？

解

63、-8.314x555.15=。,096%守

匕

300

L95dXA_(0.9511

-人’0.27(1f)―0^27，n1-0.9511.10s

-1-1_,

5V=r=11.10=0.09s

3

%=Vor=0.0969x11.10=1.075m

标准空速为：

匕4200969273.15x0.3

s=TPo=•555.15x0.1013=013ls-i

VNO/1.075

21液相一级不可逆分解反应ATB+C于常温下在一个2m3全混流反应器

(CSTR,MFR,连续搅拌槽式反应器)中等温进行。进口反应物浓度为

1kmol-m-3,体积流量为1m3hE,出口转化率为80%。因后续工段设备

故障，出口物流中断。操作人员为此紧急停止反应器进料。半小时后故障

排除，生产恢复。试计算生产恢复时反应器内物料的转化率为多少？

解

首先求反应速率常数

—=Cao-Ca-=上次k=2hr1

V.~rM102k

全混流反应器切断进出料即为间歇反应器

=ek,幺=-2血5c.=0.0736kmol-m-3

CA。0.2

=3型=0.9264

CAO1

22第17题中的反应，⑴当cxo=1.2kmol-m-3,进料速率IkmolAhr1,转化

率为75%;(2)cxo=1.3kmolm-3，进料速率2kmolA•hE,出口为

0.3kmolm-3；(3)cx0=2.4kmolm-3,出口仍然为0.3kmolm-3,进料速率

为IkmolAhr，计算三种情况下，用全混流反应器的体积各为多少？

解

V%。

CA=1.2(1—0.75)=0.3由数据表,对应一人=0.5kmol・rrT'mirT'

11.2-0.3

=------X=0.025m3

1.20.5x60

21.3-0.3

------X------------------=0.051m3

1.30.5x60

=—x2-4~0-3=0.029m3

2.40.5x60

23反应A+BfR+S，已知原=0.001m3，物料进料速率/=0.5x10-3m3minT,

cxo=cbo=5mol-m3动力学方程式为-rfkso&其中A=100m3km0Klmin-i。

求：(1)反应在平推流反应器中进行时出口转化率为多少？(2)欲用全混流

反应器得到相同的出口转化率，反应器体积应多大？(3)若全混流反应器体

积原=0.001m3,可达到的转化率为多少？

已知A=1m3kmol-1hr1,cfeo=3kmol-m-3,3饱和=0.02kmol,m-3,水溶液流量

为10m3hr1o

解

平推流

与_1/1

工-L-1)

%”《AO(1一)kcAO1—》Af

4'=1一］］［品A。------------------!------------------二05

=1一

,0.001x0.1x5

1+------------------

0.0005

(1)全混流

娱=CAO-A=CAO-CR=0.005-0.0025=4

2

%-kcKcB100x0.0025

4=0.5xl0-3x4=2xl0_3m3

/_°A0-。_%一0ACAO'A

k，AkcAO(1-)

OSxlOF

(2)%=0.00In?=

2

100x0.005(1-xA)

1=4

xA=0.3820

24在全混流反应器中进行如下等温液相反应：

2A-B+Cr^kycr?

A+B-2D/b=2的3企

A的初始浓度为2.5kmol-m-3,A和C的出口浓度分别为0.45和

0.75kmolm-3o假设进口物流中不含B、C、D,反应时间为1250sec,

求：

1.出口物流中B和D的浓度；

2.2和彩o

解

反应共消耗A2.5-0.45=2.05kmol-ITT?

每消耗2个A生成1个C,生成C所消耗的A为2x0.75=1.5kmol-m"

生成D所消耗的A为2.05-1.5=0.55kmol•m3

每消耗1个A将生成2个D,因此D的出口浓度为0.55x2=1.1kmol•m

每生成1个C伴生1个B,但每生成1个D乂消耗0.5个B,所以，

B的浓度为0.75-0.5xl.l=0.2kmol-m-3

ACricvc0.75—0

rck、x0.45

=2.963x1O'3m3kmorls_1

r=^2.]250=————

rD2k2x0.45x0.2

仅=4.889xl(r3m3km

第二章习题

1.动力学方程的实验测定时，有采用循环反应器的，为什么？

答：循环反应器行为与全混流反应器相同，可以得到反应速率的点数据，

而且反应器进出口浓度差比较大，对分析精度要求不很高。

2.为什么可逆吸热反应宜选平推流反应器且在高温下操作，而可逆放热反应

却不是？根据可逆放热反应的特点，试问选用何种类型反应器适宜？为什

么？

答：可逆吸热反应的反应速率与化学平衡都随温度的升高而升高，高温下

操作对二者都有利。可逆放热反应的化学平衡随温度的升高向反应物方向

移动，对达到高转化率不利。对此类反应，可选用多段绝热反应器或换热

条件较好的管式反应器。

3.一级反应A-P,在一体积为％的平推流反应器中进行，已知进料温度为

150℃,活化能为84kJmoH,如改用全混流反应器，其所需体积设为I4,

则14/%应有何关系？当转化率为0.6时，如果使4=%,反应温度应如

何变化？如反应级数分别为后2,1/2,-1时，全混流反应器的体积将怎

样改变？

解：

E

(一心)=kcA=k0exp(-—)cA

PFR五=)

Ck

FAO'(T\)CA+'1—XAM

CSTR=——------

FAOCAO^(1-XA)

匕一人(l—4)ln(l-4)

c<EE、x

=~exp(-------------)-----------A----------

RT.R"(l-xA)ln(l-xA)

MF

嗫-一XA)

v?^(l-xA)ln(l-xA)

-XA

(l-xA)ln(l-xA)

IF—=1andxA=0.6

%

0.6

1=-expX(l-0.6)ln(l-0.6)

’84000,423.15—7；

1=expx1.637

(8.314I423.15。

423.15-。、

0.6109=exp23.876

Tm7

42315-7

-0.4929=23.876111

Tm

-0.020647；=423.15-4

T=432.07K

mK

曦e

二

/2T,嗫4

一.T

职

.硬

亡

_小

曦.

L<陛.⑸

4.在体积原=0.12m3的全混流反应器中，进行反应A+B二二R+S，式

中/ri=7m3kmol-1min-1,分二3m3km0HmirH,两种物料以等体积加入反应

器中,一种含2.8kmoAm-3,另一种含1.6kmolAm-30设系统密度不变,

当B的转化率为75%时，求每种物料的流量。

解

2.8..._3

=——=1.A4kmol•m

2

-3

CB0=—=0.8kmol-in

2

cB=0.8(1-0.75)=0.2kmol-m'

3

cR=cs=0.8x0.75=0.6kmol-m

3

cA=1.4-0.6=0.8kmol-m~

-a=7x0.8x0.2-3x0.6x0.6=0.04kmolm

CRO—CR0.8-0.2.

T=———-=-------------=15min

TA0.04

v=0J2x60=()48m3hr.l

15

每一股是总物料量的一半：

31

vA=vB=~~~=0.24mhr

5.可逆一级液相反应/二？尸，已知=0.5kmol-m-3,Cp(,=0；当此反

应在间歇反应器中进行，经过8min后，A的转化率为33.3%,而平衡转

化率是66.7%,求此反应的动力学方程式。

解

-

一人=-TT=k2A-kCp=尢CA-左2(CAO一CA)

at2

CA=CAO(1-X)

CP=CMX

CAO(1

一冬==左-x)-k2cMx

dx

=k-(A)+左2)x

Atx

dr/=0,x=0

=d/

k1-(k1+e)x/=/,x=x

~~1]nk一化+%2)x_t

左।+k2h

K=卜=江==%=0667

h(CAO。-%)1-兀1-0.667

K———2x-0.333/=8

k2

ln|1-(1+-|x0.333|=8

-10.6931

ln(0.5)==8

k、+k2

%+右=0.08664

kjk2=2

匕=0.05776min”

[&=0.02888min-i

—a=——=0.05776c.-0.02888cp

A

dz八P

6.平行液相反应

A—P/p=1

A—R爪=23

A->S/s=cx2

已知C\o=2kmolm-3,cxf=0.2kmol-m-3,求下列反应器中，介最大为多少？

(1)平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)两相同体积的全混流反应器串

联，cxi=1kmol-m-3o

解

S_1],—],

4+小+41+2cA+CA(I+)

ForPFR

3=---15取

。0-CAfAf

Cp-SP(CAO-CAf)~f7；

•MI+CA)

=----------------=——--------=0.5kmol-m-3

(1+cAf)(1+CAO)1+0.21+2

ForCSTR

一11

Cp=Sp(0A0-CAf)=(CA0-CAf)7；72~(2-0.2)——2

(1+CAf)(1+0.2)

1.25kmolm

FortwoCSTRinSeries

CP=(°A0一°Ai)Spi+(。1一°Af)Sp2

-(2-1)―J+(1-0.2)—1~[

(l+l)2(1+0.2)2

=0.25+0.56

=0.81kmol-m'3

7.自催化反应A+Pf2P的速率方程为:-tkcxcp,k=\m3km0rmin”,原

料组成为含A13%，含P1%（摩尔百分数），且6o+8o=lkmo卜m，，出

口流中牛=0.9kmol-m-3,计算采用下列各种反应器时的空间时间（7

=3/4）。（1）平推流反应器；（2）全混流反应器；（3）平推流与全混流反应器

的最佳组合；（4）全混流反应器与一分离器的最佳组合。

解

3

CAO=Ikinol-mMn—=0.0714x=0.9

14AAff

一以==kc[\-XCX

MA)AOA=^0(l-xA)xA

ForPFR

:Af山h_1心AII

'Ain(-〃)kczo

Xf

A3

1-XAf1U-0.9Ji.

InIn户八>J、=4.76min

小XAM11x1(0.0714)

11-0.0714；

1-XAin>

ForCSTR

号7"=Lx湾714=92min

^CAO(1-XAf)XAf1x1(l-0.9)x0.9

ForCSTR+PFR

由于」一与一心的极值点相同，令雪，J=0,有1-24=0，%AI=0・5

1茏”一、Ain10.5—0.07141ri

r.=----x———皿一=——x------------=1.71min

kcM(l-xAI)xA11x1(l-0.5)x0.5

AO-％)=0.5kmol•m"

cM=C。

U-0.9J…

05)=2.20

U-0.5；

r=T1+T2=1.71+2.20=3.91min

ForCSTR+分离器

d(F)=0,%a1=0.5

—

1x-x：10.50.0714IF

T=---------——AfA=------------------=1.71min

在Ao。一XAKAI1X1(1-0.5)X0.5

8.在两个串联的全混流反应器中进行一级反应，进出口条件一定时，试证明

当反应器大小相同时，两个反应器的总容积最小。

证

9.半衰期为20小时的放射性流体以0.1rri3hE的流量通过两个串联的40m3

全混流反应器后，其放射性衰减了多少？

解

只有一级反应存在半衰期的概念。

首先求反应速率常数：

0.5=e-2M^=0.03466hr-1

CM

对全混流反应器，"CAO-。

TA

代入数据（第一釜曙“焉肾））4。。=丽瑞FV0.9327

第二釜，单釜转化率仍为0.9327。

总转化率1-（1-0.9327）2=0.9955

10.A进行平行分解反应，其速率式为

/R/R=1kmolm-3min」

A-S/s=2cxkmolm-3min」

、T/T=3kmol-m-3min-1

其中R是所要求的目的产物，3°=1kmo卜m4试问在下述反应器进行等温

操作时，预计最大的6为多少？(1)全混流反应器；(2)平推流反应器。

低浓度操作对生成目的产物R有利，对全混流反应器，可在极低的浓度下操作

]

CR-(CA0-0Af=('AO-CAf)

1+2cAf+cAf

1

=(i-o)1

1+0+0

对平推流反应器，则尽量使其转化率提高。

=-In——=0.462mol-m3

31+0

11.在0℃时纯气相组分A在一恒容间歇反应器依以下计量方程反应：A-

2.5P,实验测得如下数据：

时间/S0246810121400

PA/MP0.0.00.0620.050.040.030.030.020.02

a185126280

求此反应的动力学方程式。

解

当Aoo时，PAe=0.2故为可逆反应，设此反应为一级可逆反应，则

一坐=m_k2Pp=k\PA-25k人PAO-PA）

=InPA"-PA

积分，得(K+2.5k2)t-。

PA-PAe

以（-In（夕A-夕Ae））对f作图

t02468101214

PA0.10.080.0620.050.040.030.030.02

512628

PA-pAe0.080.060.0420.030.020.010.010.00

512628

2.522.813.1583.473.814.134.424.82

-ln(pA-pAe

)6347538

B

LinearFitofData1_B

y=0.16337+2.5035

%+2.5&=0.1633

<Kk,_2.5(pA0-pAe)2,5(1-0.2)^1Q

k2pAe0.2

4=0.131k2=0.0131

F=0131PA-O.O327(PAO-PA)

12.气相反应人+8=!^的动力学方程为(-/A)=A(PAPB-雨KP),式中

k=3.5x10*exp[—；20]mol-m^s-'Pa-2

勺=7.0xl()T2exp(言2)Pa'1

请确定最佳反应温度与转化率之间的关系。

解

3.5x10-3560-2620Y3560+2620

7.0x10TT2

3=0

dT

八3560+2620|-3560

2620=.,

PAPB70X1()2^Rexp|

T

2620x7.0xlO-12PAPB

理=lnl

(3560+2620)'p^~

T3560

I-------------------3--5-6--0-------------

°P/2620x7.0x10-12p、pB

1(3560+2620)PRIn3.37x10”

PAPB

设初始时PAO=PBO,PRO=0£A=-0-5

PAO(1-XA)

PAo(lf)PAO》A

PA(1+£A'A)PB(1+£A'A)PR+£A'A)

一35603560

op/

’2620x7.0x1072夕Ao(lJ、IIXA(1-0.5XA)"

InIn3.37x10

-2

(3560+2620)xA(l-0.5xA)?PAOO-^A))

校核：

设/AO=0・05MPa,4=0・5代入7=221K比较合理。

AO比较合理。

设P=0.05MPa,xA=0.754^AT=201K

13.某液相一级不可逆反应在体积为皈的全混釜中进行，如果将出口物料的

一半进行循环，新鲜物料相应也减少一半，产品物料的转化率和产物生成

速率有什么变化？

解

全混流循环时T=CA0

出口物料一半与等量的AA=O的物料混合，AA0=0.5AAfo

x-0.5x0.5xx2kT

r=cM------A生f=—>——AfR2kr=——Af

A()m()(iff)M—Af)iff1+2kT

与简单地把处理量减半等效。

2krKcMkVR

cAoxAf贽=CAO

\+2kr)21+2kr

14.有一自催化反应AfR,动力学方程为-/x=O.OO1cxskmorm-3sT。要

求反应在4个0.1m3的全混流反应器中进行，反应物初始浓度

331

G\o=10kmol-m-,由）=0，处理量为5.4mhro如何排列这4个反应器（串

联、并联、或串并联结合）才能获得最大的最终转化率？最大的转化率是

多少？

解

-rA=0.001cAcR=0.001eA(CA0-cA)当需=。，-以最大

d(0.001cA(cA()-cA))_Q

(CAO-CA)-CA=0

必

10-5

=200s

0.001cAcR0.001x5x5

将3个反应器并联’^^x3600=200S）恰好是最佳操作条件。

另外一个串联在后面

_°A_________5_幺_______3

cA=3.486kmol-m-

0.001CC0.00lc(5+(5-c))

VQARAA

xA=1--^=1-^^=0.6514

CA。10

15.一级不可逆连串反应A—■--->C,^i=0.25hN,A2=0.05hr-i,进

料流率4为IrrPhri,小o=1kmoHrr3,20=久0=0。试求：采用两个kR=1m3

的全混流反应器串联时，反应器出口产物B的浓度。

解

c_____生ni______T=Ji=l=ihr

-3

第一个反应器出口：CAI=7——-——r=0.8kmol-m

A1(1+0.25)

3

第一个反应器出口：cB1=7-----lx.2s-----r=0.1905kmolm

B1(1+0.25X1+0.05)

nQ

第二个反应器出口：%~、=0.64kmolm—3

b(1+0.25)

就第二个反应器对B作物料衡算：

外，B2—=(%1。人2—%2cB2)相

从中解出噎：

%£\2，R+匕)0.25x0.64+0.1905

=0.3338kmol-m-3

匕+&晨1+0.05

16.某气相基元反应：

A+2B-P

已知初始浓度之比小o：Cbo=1:3,求廿区的关系式。

dz

解

_1则

〃A="AO(1—XA)展匕(1+44)

Vdr

1-1-2c11寸

葭------=—2PAO=-------=-2A=一°・5

1A01+34'

=kcAc^

(1-0.5XA)dt

…。-2纵匹

c—"_.BO_2〃AOXA_3〃A0—2〃AOXA_C3_2%A

BA

-V—4(1—0.5XA)一乂(1—0.54)—°1-0.5XA

z\2

皆=品:。(1一43—2«¥人

—

10.5XA

17.已知常压气相反应

2A+B；>R+S

动力学方程为-q=左或点-左2或C，试用下列三种方式表达动力学方

程：

(1)组分分压；

(2)组分摩尔分率；

(3)组分初始浓度和A的转化率。

解

PA=CM

一以=k,腔-kc'cl=k、产/-k/凤+s

A1AD2KRb1/D7\"+b工2（DT'AA'

PA-P总

a+b

f=左篇=七辟7=力沉殳

RT

1_%A__B0_O・50A0XA

CA=CAO1~—CB

1+441+44

_CRO+S5CA°XA_，so-°・5CA（）XA

1+£A》A厂1+分4

<\h

1一4CBO-°・5，A（）XA

1+44八1+447

X/,Z、s

CRO+0・5CA（）XA，S0+°・5CAOXA

一人2

<1+^AXA>1+54）

18.高温下二氧化氮的分解为二级不可逆反应。在平推流反应器中101.3kPa

下627.2K时等温分解。已知A=1.7m3kmol-1s-1,处理气量为120m3hE

当（）不考虑体积变化；）考虑体积变

（标准状态），使N02分解70%o1（2

化时，求反应器的体积。

解

2NO2->N2+2O2

一以=kc；,k=1.7m3kmorIs_1,^=120Nm3hr-1

/?=O.lO13kPa