?(1)?rA1???xA1?xA11)?rA,i???11???2?kCA0(1?xA1)?kCA0(1?xA1)
?11??????rA,i?1?rA,i?? ??(代入
?xA,ixA,i1?xA,i?111?2xA1?xA0得 kCA0(1?xA1)整理得 xA1∵xA22??11????kCA0(1?xA2)kCA0(1?xA1)?
?2xA1?xA2?0 ?0.9， ∴xA1?0.6838
xA10.6838??2.35(h)k(1?xA1)0.92(1?0.6838)
?1?∴
V1?v0?1?23.5(m3) x?xA10.9?0.6838?2?A2??2.35(h)k(1?xA2)0.92(1?0.9) V2?v0?2?23.5(m3)
3V?V?V?47(m) 12总容积
53. 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
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。
?(?解：
1)rA1?12?[]?2?xA1?xA1kCA02(1?xA1)2kCA0(1?xA1)3
?(? 代入
1)rA,1?xA,122?111[??]xA,1?xA,0rA,2?rA,1 ?2kCA0(1?xA,1)33111[?]xA,1kCA02(1?xA,1)2kCA02(1?xA,1)2
xA1?3xA1?3.01xA1?0.99?0xA1?0.741
xA1?xA00.741?1???5.22h22kC(1?x)1.92?2.3?(1?0.741)A0A1 ? xA2?xA10.9?0.741?2???7.51h22kCA0(1?xA2)0.92?2.3?(1?0.9)
?5.22V1V2?1??0.695?27.51 V?V1?V2???v0
总容积
3V?10?(7.51?5.22)?127.3m ?
54. 应用管径为D=12.6cm的管式反应器来进行一级不可逆的气体A的热分解反应，其计量方程为A=R+S；速率方程为
?rA?kCA；而k=7.8×109exp[-19220/T](s-1),原料为纯气体A,反应压力P=5atm下恒压反应,T=5000C。
xA?0.9,FA0=1.55kmol/h,求所需反应器的管长L,停留时间t，空时τ（理想气体）。
解：反应气体的进料体积流速为：
v0?FA0RT1.55?0.082?773??19.66(m3/h)P5
反应流体在管内的体积流速为：
FRT?F0(1??AyA0xA)RT/PP
1RT2?1??A??1y?1.0，F?FA0（纯气体）P 1此处：0；A0，CA0∴v?FA0(1?xA)/CA0 v?FAFA0(1?xA)CA0(1?xA)CA0??vF(1?x)(1?xA) A0A而
CA???Vv?10k?xA(1?xA)dxA0(1?xA) ??1[2ln1?xA]?29.88(s)?0.0083(∴k1?xh)A
L?4V4v0?4?5. ?D2??D2?46?103?29.883.14?(0.126)2?13.0(m) t?1k?xAdxA01?x?1ln1?18.57(s)Ak1?xA
液相原料中反应物
A
进入平推流反应器中进C?2l,?r2A0?1mol,lVA?0.05CAmol?ls。
1）当出口浓度
CA?0.5moll时的进料流v0。
2)当进料流量
v0?0.5lmin时出口浓度CAf。
V1）F?VxAdxAA0Cv?A00?0?rA
??CxAdxA0?r?A?CA0dCAC?1(1?1A0?)?20sA0.05C2A0.05CACA0
??1(1?1)V2?602）0.05C???240sACA0v00.5
1C?12?1C?12?1?13AA0C1A?13?0.077moll
自催化反应A + R → 2R，其速率方程为：?rA?kCACR，在70℃下等温地进行此反应，CA0?0.99 kmol/m3
；CR0?0.01 kmol/m3
；
v0?10 m3/h；要求反应的转化率1）在全混流反应器中反应所需的容积；
2）在平推流反应器中反应所需的容积。
a?CR0 令
C?0.01?0.0101A00.99
CA?CA0(1?xA)
CR?CR0?CA0xA?CA0(a?xA)
∴
?rA?kC2A0(1?xA)(a?xA) 1）全混流反应器所需的容积
V?v0xAkC?x?10?0.99?661(m3)A0(1A)(a?xA)1.512?0.99(1?0.99)(0.0101?0.99)2）平推流反应器所需的容积 2A?R在此温度下xA55.行
的反应，已知
求：解：356. k=1.512 m/kmol·h；
其它数据如下：试求：?0.99。
解：
V?V?v0kCA0?xA0vdxA?0(1?xA)(a?xA)kCA0?xA01?11????dxAa?1?1?xAa?xA?
?v01a?xA?10?ln100?ln1.0001??ln?ln??kCA0(a?1)?1?xAa?1.512?0.99?1.0101
57. (A) (P) (S)
V?60.8(m3)
k3?C6H4Cl2k1?C6H5Cl?C6H6???
dCAdCP??k1CA?k1CA?k2CPdtdt反应速度；
，在恒温恒容下求(a)平推流(b)全混流,求
SP，其中
?1k1?1.0(h?1),k2?0.5(h),Vv0???1(h),CP0?CS0?0,CA0?1mol/l。
解:(a)
CA?CA0exp[?k1?]?0.368mol/l
CP?k1CA01k?0.501?k2(e?k2??e?k1?)=1?0.5(e?e?1.)=0.477mol/?
CS?CA0?(CA?CP)?1?(0.368?0.477)=0.155mol/l
?SCPP?0.477CS=0.155=3.08
(b)
?v0(CA0?CA)=K1CAV
?CCA0CA0A?1?k1?=1?K1 (K1?k1?)
v0CP?V(k1CA?k2CP)
Ck1CA?k1CA0?P?∴
1?k2?=?1?k1???1?k2??
CA=0.5mol/l CP=0.333mol/l CS=0.167mol/l
SCPP?CS=2.0
58. (A) (P) (S)
C6H6??k1?C6H5Cl??k3?C6H4Cl2
?dCA?kdCP反应速度dt1CA?k；dt1CA?k2CP，在恒温恒容下求等容积的两釜串联全混流反应器内进行这一反应
时,求目的产物P的选择性k.0(h?1)k?11?1,2?0.5(h),Vv0???1(h),CP0?CS0?0,CA0?1mol/l解：等容积釜串联应有
???1??2 ?1??2?1/2??0.5h
对第二个全混流反应器作物料衡算
V0(CA1?CA2)?k1CA2V2
CCA1CA0A2?∴
1?k1?2=(1?K1)2
K1?k1?1?k1?2?0.5
对于P:
V0(CA1?CA2)?V2(k1CA2?k2CP2)
CK1CA0K1CA0P2?2∴
(1?K1)(1?K2)+(1?K1)(1?K2)2
K2?k2?2?0.25
SP，其中
。
CA2?1(1?0.5)2=0.444mol/l
CP2?
∴
0.50.5(1?0.5)2(1?0.25)+(1?0.5)(1?0.25)2
CS2=1-(0.444+0.391)=0.165mol/l
CP20.391CS2=0.165=2.37
59.醋酸甲酯的水解反应如下：CH3COOCH3 + H2O →CH3COOH +CH3OH，产物CH3COOH在反应中起催化剂的作用，已知反应速度与醋酸甲酯和醋酸的浓度积成正比。
3
（1） （1） 在间歇反应器中进行上述反应。醋酸甲酯和醋酸的初始浓度分别为500和50mol/m。实验测得当反应
时间为5400s时，醋酸甲酯的转化率为70%，求反应速率数和最大反应速度。（5分） （2） （2） 如果反应改在连续搅拌釜中进行，（3） （3） 如果采用管式流动反应器，
解： A + B → C + D （1）
?A=0.8时停留时间应为多少。
?A=0.8时停留时间。
?rA?kCACC
CC02dCAd?A?kC(1??)(??)??CA0?kCA0(1??A)(CC0?CA0?A)A0AACA0 ??A=dtdtkCA0dt?d?A(1??A)(?A?CC0)CA0
10.7?0.1k?ln?1.106?10?6m3/mol?s500?5400(1?0.1)0.1?0.1?0.7
C2??rA?1.106?10?6?5002(1??A)(?A?C0)?0.2765(??A?0.9?A?1)CA0
d(?rA)?0.2765(?2?A?0.9)?0d?A??0.45 ?对A求导 AkCA0t?1C1?C0CA0CC0???A?CA0ln??CC0?CC0?A?CCA0?A0??????
(?rA)max?8.364?10?2mol/m3?s C?CACA0?ACA0?A3??A0???8.037?10s2?rA?rAkCA0(1??A)(?A?CC0/CA0)（2）
（3）对于PFR
??CA0??A0?Ad?Ad?A?CA0?0kC2(1??)(??C?rAA0AAC0/CA0)
?A??111????d?A?6.258?103s???kCA0(1?CC0/CA0)0?1??A?A?CC0/CA0?
60.在一定的反应温度下A发生下述平行反应：
3K1A???R ?1?2.0CA(kmol/m?h)
其中R是主产物，S是副产物。反应原料为纯的反应物A，其初始浓度为10kmol/m。在反应器出口A的转化率为80%。反应在连续搅拌釜中进行时，A转化为R的选择性、R的收率以及反应物的停留时间。 解：1）使用连续搅拌釜
∵
23K22A???S ?2?0.2CA(kmol/m?h)
3
?rA?r1?2r2
∴
CA0?CA??(?rA)??(r1?2r2)
CR?CR0??r1
CR2CA1??2CA0?CA2CA?0.4CA1?0.2CA
C?CACA0?ACR?A0?1?0.2CA1?0.2(CA0?CA0?A)
∴
当?A?0.8时，有CR?5.71kmol/m3
C?(C2A0?CA)0.2CA3S 2C2?1.15kmol/mA?0.4CA
SCR5.71R? C?15?4.965S1. ?CR?CR?5.71R??0. C?C714A0ACA0?A10?0.8
V恒定，停留时间与空时相等
??CR?CR05
r?.712?2?1.43h1K
61. 已知 1?(kA的反应速率式分别为：P(主)?rA1?k2CA)CA；rP?k1CA；rs下k1=1.0，k2/k1K2?1.5；CS(A0副?)5mol/l，CP0?CS0?0，要求反应流体的进料速率为v0?试求用单一的全混流反应器在等温下进行此反应时所能获得的产物P的浓度CP以及所需的反应容积(?rPk1P)m?解： ?r?CAC2Ak1A?k2CA
(?CPP)m?CA0?CA C(C0?CA)k11?(5?0.5)P?A(k?k)?1?1.5?0.5?2.57(mol/l)12CA
v(k20(CA0?CA)?V(?rA)?V1CA?k2CA)
V?v0(CA0?CA)k2?5?4.55?0.52?25.7(m3)1CA?k2CA0.5?1.
62.环氧乙烷在450℃的气相分解反应如下：C2H4O（g）→ CH4（g） + CO（g）已知在此反应温度下反应的速率常数为0.0212min-1
，反应在恒温恒容反应器中完成，初始时原料为纯的
环氧乙烷，初始压力为2.026×105
Pa，试求在反应时间为50min时反应器的总压力。
解：由k=0.0212min-1
可知该反应为一级反应
PAP?exp??kt?A0
t时反应物分压为PA
C2H4O（g）→ CH4（g） + CO（g） PA0 0 0 PA PA0-PA PA0-PA 总压
Pt?PA?2(PA0?PA)
2PA0?Pt?exp(?kt)Pt?2?exp(?kt)∴PA0即PA0
当t=50min时
Pt?PA0[2?exp(?kt)]?3.35?105Pa
63.醋酸在高温下可分解为乙烯酮和水，而副反应生成甲烷和二氧化碳：
CH??k1?CHOk3COOH2?CO?H22 CH3COOH???CH4?CO2
k22CA，且在反应的操作温度
m3
/h，出口转化率xAV。
?5 ?0.9。
