化学反应工程王承学课后答案第三章文档格式.docx
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试求：
在反应器内条件下，A、B和C的反应速率？
解空时
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+R→P（目的）
2A→R
试计算反应2h时A的转化率和产物P的收率？
解A+R→P（目的）
2A→R
，
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/τi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/τi，定出τi值，总空时为4τi。
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A→R，，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A→R，，
（1），此时
解得
（2），
3-9在555K、0.3MPa的平推流管式反应器中进行A→P的气相反应。
已知进料中含30%（摩尔分数）A，其余为惰性物料，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A→P（气相总摩尔数不变的反应），
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/τ2=0.746m3/m3
3-11均相反应A→3R，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PiV=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：
rA=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）=0.004Mpa，
所以空时为1/0.0278*ln0.08/0.004=107.76s=1.8min，
反应器体积为:
VR=τFA0/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=0.116m3
3-13一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；
（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0.506
3-14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。
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=CA+Cp=2+0.2=2.02kmol/m3
反应过程保持不变。
当CA1=（CA0+CP0）/2=1.01kmol/m3时
反应器总体积最小。
分别列出全混流和平推流反应器设计公式：
代入上述数值后得：
总反应器体积为17L
（2）循环反应器
对上式积分并整理得：
对右式求导并令其为0，利用试差解得最佳循环比R为15，将R=15代入上式中可求的最佳空时为：
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