2CH3COOH(C)乙酸酐发生水解，反应温度25℃，k=0.1556 min，1. (CH3CO)2 (A) + H2O(B)3
采用三个等体积的串联全混流釜进行反应，每个釜体积为1800 cm，求使乙酸酐的总转化率为60%时，进料速度v0。
-1
解：初始浓度为CA0，离开第一釜为CA1，依次为CA2、CA3。
∵
?1?CA0?CA1(?rA)1 (?rA)1?kCA1 ∴
?1?CA0?CA1CA111???xA1?1?kCA1CA01?k?11?k?1
CA211CA21??xA2?1??22C(1?k?)(1?k?)C1?k??????A02 对于等体积釜串联12 对第二釜A1
xA3?1? 同理 ∴τ=2.3（min）
2.反应A → B为n级不可逆反应。已知在300K时要使A的转化率达到20%需12.6分钟，而在340K时达到同样的转化率仅需3.20分钟，求该反应的活化能E。
CAdCtdt1?11?dCAAn?????kt?rA???kCA?n?1n?1??CA0Cn0tn?1CCdtAA0??A解： 即 达20%时，
1(1?k?)3v0?V1800??782.6(cm3/min)?2.3
CA?0.8CA0
k300k?111n?1(1.25?1)??M?n?1tt (n?1)CA0式中M为常数∴
3. 用两串联全混流反应器进行一个二级不可逆等温反应，已知在操作温度下
1?M?12.6
k340?M?kM/3.2E111ln340?ln?(?)kM/12.68.3143003403.2 300 E=29.06（kJ/mol）
k?0.92(m3kmol?1h?1),CA0?2.30kmolm3,v0?10m3h,要求出口
xA=0.9，计算该操作最优容积比(V1V2)和总容积V。
11?(?)?(?)rA,1rA1?12111?[]??[??]2223?x?x?xx?xr?rkCA0(1?xA1) 代入A1A1kCA0(1?xA1)A,1A,1A,0A,2A,1 解：
322111xA1?3xA1?3.01xA1?0.99?0?[?]222322xkCA0(1?xA,1)kCA0(1?xA,1) xA1?0.741A,1kCA0(1?xA,1) ?1?xA1?xA00.741??5.22h22kC(1?x)1.92?2.3?(1?0.741)A0A1
?15.22xA2?xA10.9?0.741VV???0.695?2???7.51h12?7.51kCA0(1?xA2)20.92?2.3?(1?0.9)22
3V?V?V???vV?10?(7.51?5.22)?127.3m120总容积 ?
4.应用两个按最优容积比串联的全混流釜进行不可逆的一级液相反应，假定各釜的容
-13
积和操作温度都相同，已知此时的速率常数k=0.92h，原料液的进料速度v0=10m/h，要求最终转化率xA?0.9，试求V1、V2和总容积V。
?(1)?rA1???xA1?xA1??11???2?kCA0(1?xA1)?kCA0(1?xA1)
解：对于一级不可逆反应应有
1?()?1?rA,i11??11?11????????2?xA,ixA,i?xA,i?1??rA,i?1?rA,i?x?xkC(1?x)kC(1?x)kC(1?x)??A1A0A0A2A0A1?? A0A1代入 得 整理得 x?2xA1?xA2?0 ∵xA2?0.9， ∴xA1?0.6838 ∴
2A1?1?xA10.6838??2.35(h)k(1?xA1)0.92(1?0.6838)
V1?v0?1?23.5(m)
3?2?xA2?xA10.9?0.6838??2.35(h)V2k(1?xA2)0.92(1?0.9)?v0?2?23.5(m3) 总容积V?V1?V2?47(m3)
5.在间歇釜中一级不可逆反应，液相反应A → 2R，?rA?kCAkmol/m·h，k=9.52×
9-1310exp[-7448.4/T] h，CA0?2.3 kmol/m，MR?60，CR0?0，若转化率xA?0.7，装置的生产能
3
力为50000 kg产物R/天。求50℃等温操作所需反应器的有效容积？（用于非生产性操作时间t0=0.75 h）
解：反应终了时R的浓度为
CR?2CA0xA?3.22(kmol/m3)t?t?CA0?xA0dxA1xAdxA11.4??74489???lnk?9.52?10exp??273?50??0.92kCAk01?xAk1?xA ??
VCRMR500001150000?2.06?ln?1.31(h)V??22.2(m3)24 0.921?0.724?3.22?60 t?t0
32
6. 现有一有效容积为0.75m的搅拌釜反应器，其内设置有换热面积为5.0m的冷却盘管。欲利用改反应器来进行A→R
.9??1?5525k?1.0788?109exp??(h)T???的一级不可逆的液相反应，其速率常数，反应热
(??Hr)?20921J/molA，原料液中A的浓度CA0?0.2mol/l，但不含反应产物R。此原料液的密度ρ
=1050g/l；定压比热CP?2.929（J/g·℃）。要求原料液的进料流率为v02
?3m3/h，反应器出口
的反应液中CA?0.04mol/l。总传热系数U=209.2（KJ/m·h·℃）。所用的冷却介质的温度为25℃。
试求满足上述反应要求所需的反应温度以及料液的起始温度T0。 解：1)计算反应温度T
(A0?1)CA1CA0.220.75??(?1)()?18CA01?k? k??0.043 根据
Ck?1.0788?109exp[?5525.9]T
T?308.6K
2）
T0?T?V(?rA)(??Hr)?UA(T?Tm)]v0?cP
T0?308.6?
18?0.04?0.75?20921?209.2?5?(308.6?298.16)?297.4K3?1050?2.929
46-2-1
1气相基元反应A+2B→2P在30℃和常压下的反应速率常数kc=2.65×10mkmols。现以气
2
相分压来表示速率方程，即(?rA)=kPpApB，求kP=?（假定气体为理想气体）
解 T?273?30?303K2有一反应在间歇反应器中进行，经过8min后，kc?2.65?104m6kmol?2s?1反应物转化掉80％，经过18min后，转化掉pc?90％，求表达此反应的动力学方程式。 RT2解
pp??2AB?rA?kccAcB?kc??1xRT?RT?kt??A2cA01?xA?rA?kppApB10.81(kcA0)8min???kc2.65?104m6kmol?2s?181?0.82kP??(RT)38.314kJ?kmol?1K?1?303K310.91
(kc)???A018min181?0.92?1.655?10?6kmol?m?3s-1kPa-3假设正确，动力学方程为dc2?A?kcAdt??
3反应A(g) +B(l)→C(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：?rA=kcAcB。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
33-1-1-3-液相体积为5m时C的生成量。已知k=1mkmolhr，cB0=3kmol〃m，cA饱和=0.02 kmol〃m，3-1
水溶液流量为10mhr。 解
?rA?kcAcB由已知条件，cA与cB均为常数
5m3反应时间即液相在反应器中的停留时间???0.5hr10m3hr?1C的生成量NC?0.06kmol?m?3hr?1?0.5hr?5m3?0.15kmol 1
考虑反应A?3P，其动力学方程为?rA??示的动力学方程。 解
?rA?1?0.02?3?0.06kmol?m?3hr?11dnAn??kA试推导在恒容下以总压表VdtV
AnA0pA0nApA12P003?nA0?nA?3?pA0?pA??p总?nA?p总pA03pA0?2pAt?0t?tpA??3pA0?3pA0?p总?V2RT
dnA??Vdp总2RTV??dp总???1?2RT??k?Vdtdp总??3pA0?p总?dt?3pA0?p总?V2RTV 2
反应2H2?2NO?N2?2H2O，在恒容下用等摩尔H2，NO进行实验，测得以下数据
总压/MPa 半衰期/s
求此反应的级数。
0.0272 265
0.0326 186
0.0381 135
0.0435 104
0.0543 67
解
dpn?A?kppAdt??pAt12pA00?pdpA?kpdt?n5.65.45.25.0p?ndpA??dt1?n1?np1?kptA0?pAn?1?n?1pA?kpt?n?1pA0??斜率?1.9946ln t1/2pA4.84.64.4?1.9946?1?nn?3三级反应t?t12pA?0.5pA01?0.51?n1?npA0?t12kp?n?1?pA0t12lnpA0lnt122655.5801861?n1?n1?np1pA0?kpt12A0?0.5n?11?0.51?nln??1?n?lnpA0?lnt12kp?n?1???4.24.0-2.1pA01-2.0?p总2-1.9-1.8-1.7-1.6-1.5-1.4-1.3-1.2lnpA00.13600.16300.19050.21750.27151354.9051044.644674.205?1.995?1.814?1.658?1.526?1.3045.226Parameter
A B
Value 1.60217 -1.9946
Error 0.01399 0.00834
lnt12对lnpA0作图，得直线Y = A + B * X
3 在全混流反应器中进行如下等温液相反应：
2A→B＋C A＋B→2D
-3
rc=k1cA2 rD=2k2cAcB
-3
A的初始浓度为2.5kmol〃m，A和C的出口浓度分别为0.45和0.75kmol〃m。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；2k1和k2 。
反应共消耗A2.5?0.45?2.05kmol?m?3每消耗2个A生成1个C，生成C所消耗的A为2?0.75?1.5kmol?m?3生成D所消耗的A为2.05?1.5?0.55kmol?m?3每消耗1个A将生成2个D，因此D的出口浓度为0.55?2?1.1kmol?m?3每生成1个C伴生1个B，但每生成1个D又消耗0.5个B，所以，B的浓度为0.75?0.5?1.1?0.2kmol?m?3?CC0.75?0??1250?rCk1?0.452?1?1k1?2.963?10?3m3kmols???CDrD1250?1.1?02k2?0.45?0.2?1?1k2?4.889?10?3m3kmols 4
A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/s
116.8 99.0 56.6
319.8 90.6 48.2
490.2 83.0 40.6
913.8 70.6 28.2
1188 65.3 22.9
∞ 42.4 0
cA/kmol〃m-3 cB/kmol〃m-3
解
由cA-cB=42.4可知反应应按下列方式A+B→产物进行 设为二级反应
?dcA1cc1c?kcAcB积分得：kt?lnAB0 以lnA对t作图若为直线，则dtcA0?cB0cA0cBcA0?cB0cBt 116.8 319.8 490.2 913.8 1188 0.013
2
0.0149
0.0169
0.0216
0.0247
假设正确。由cA0-cB0=42.4整理得数据如下： 1cy?lnAcA0?cB0cB
线性回归： Y = A + B * X Parameter
A
Value 0.01166
0.0260.024Error 1.84643E-4
y0.0220.0200.0180.0160.0140.012020040060080010001200
t
B 1.08978E-5 2.55927E-7
y?1.0898?10?5t?0.01166
k?1.0898?10?5m3kmol?1s?1dc?A?1.0898?10?5cAcBdt
5 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?dpAdpdndy?0.24MPa?s?1，?A。求此时R，S， dtdtdtdt解
dpR?dp??2??A??2?0.24?0.48MPa?s?1 dt?dt?dyA1dpA1????0.24?0.8s?1 dtp总dt0.3? 6
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：
2SO4CH3COOH?C4H9OH?H???CH3COOC4H9?H2O
?A? ?R? ?B? ?S?反应物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，反应在100℃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），
-3
计算反应器体积。混合物密度为750kg〃m，反应器装填系数为0.75。
解
dpSdppVV??AnS?SdnS?dpSdtdtRTRT116nA0??2kmolxA?0.5时58nA?1kmol，nR?2kmol，nS?1kmol，nt?4kmolV?ntRT4?RT?p总300dnSVdpS4dpS4?2.4????0.032kmol?s?1dtRTdt300dt300
A?B?R?S Mi 60 74 116100?0.862kmol?hr?11160.862转化率50%，则A的投料量?1.724kmol?hr?10.5折算成质量流量1.724?60?103.4kg?hr?1R产量2400/24?100kg?hr?1A:B?1:4.97则B投料量1.724?4.97?74?634.1kg?hr?1总投料量103.4?634.1?737.5kg?hr?1737.53换算成体积流量?0.9834mhr?175054.6总生产时间24.6?30?54.6min折合?0.91hr603反应器有效体积0.9834?0.91?0.8949m反应器总体积0.89493?1.2m0.75
3-33-13
7 反应A+B→R+S，已知VR=0.001m，物料进料速率V0=0.5×10mmin，cA0=cB0=5mol〃m，
3-1-1
动力学方程式为?rA=kcAcB，其中k=100mkmolmin。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
3
多大?(3)若全混流反应器体积VR=0.001m，可达到的转化率为多少?
3-1-1-3-33-1
已知k=1mkmolhr，cB0=3kmol〃m，cA饱和=0.02kmol〃m，水溶液流量为10mhr。 解 平推流
VR1?V0kcA0xAf?1??xAf0dxA11?(?1)(1?xA)2kcA01?xAf11?1??0.5VRkcA00.001?0.1?51?1?V00.0005VRcA0?cAcA0?cA0.005?0.0025????4全混流V0 ?rAkcAcB100?0.00252VR?V0??0.5?10?3?4?2?10?3m3VRc?cAc?cAcA0xA?A0?A0?22V0?rAkcAcBkcA1?xA?0?(1)
0.5?10?3xAVR?0.001m?2100?0.005?1?xA?3
1?xA?1?xA?2xA?0.3820
