k1?0.3min?1,k2?0.10min?1,进料
量为150LA的浓度为cA0,进料流
min。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。
dYR?0，则其收率计算公 解：对于一级连串反应的中间产物R，令
d?k1YR?(e?k1??e?k2?)k2?k1式为：
?optk1ln()ln(0.3)
k20.1?5.493(min)??k1?k20.3?0.1代入收率计算公式中
0.3YR?(e?0.3?5.493?e?0.1?5.493)?0.5775
0.1?0.3最佳转化率：
1?xopt
cA?k1?opt??e?e?1.65cA?此
时
总
xA,opt?1?0.192?80.8%，
所以选择性为
SR?YRxR?0.5775?0.808?71.47%3VR??optv??0.2747(m)
二级液相反应，反应物浓度为1mol
3-14
L,进入两个相串联全混流反应
VR1?0.5,在第一反应器出口A的浓度为0.5molL,求第
器中，
VR2二个反应器出口A的浓度。
解
VR1 VR2?2VR1 根据已知条件列方程式为：
VR1cA??cA1cA??cA1??1??2v?rAfkcA1VR22VR1cA1?cA2cA1?cA2???2??2v?v?rAfkcA2?cA??1molL,cA1?0.5molL,?cA2?0.25molL3-15
有一个二级液相反应
A?R, 在一个全混流反应器后串联一个平推
L,在全混釜出口处A
L,平推流管式 反应器的体积是全混流反应器
流管式反应器中进行。进料中A的浓度为4mol的浓度经测定为1mol解
平推流反应器 体积的3倍。试求，平推流管式反应器出口A的转化率。
全混釜 VR1 VR2?3VR1 VR1cA??cA1cA??cA1??1??2v?rAfkcA1cA2dcVR23VR1111A???2????(?)cA1rv?v?kcA2cA1Af
?cA??4molL,cA1?1molL,?cA2?0.182molL,xA2?81.8%
3-17下列反应
2A?B?R,r1?k1cAcB
2A?B?D,r2?k1cBcA
(1) (2) 若R是目的产物，选哪种反应器和加料方式好，为什么？ 若D是目的产物，选哪种反应器和加料方式好，为什么？
随cA的浓度
r1cBS???解（1）目的产物R的瞬时选择率定义为：
r2cA降低R的选择性提高，
若R是目的产物，cA低cB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。
cA cB
（3）
r2cAS????目的产物D的瞬时选择率定义为：
r1cB
随cB的浓度降低和A的浓度提高，D的选择性提高，
即，cA高 cB低的平推流管式反应器或半连续式操作，与上述加料相反。
cB cA
3-18有一个自催化反应
A?A?p?p，其速率方程为rA?kcAcP3c?2kmolm,处理，A?3k?1m(kmol?min)，反应温度下
量为1kmolh(99%A,1%P)，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：
VR1c?cA1cA??cA1??1?A??v?rA1kcA1(c0?CA1)cA2dcVR2CA1C0?CA11A??2????Ln[()]cA1v?rAfkC0cA2C0?CA2
代入上述数值后得：
VR12?1.01??1??0.97minv?1.01(2.02?1.01)VR211.012.02?1.01??2?Ln[()]?1.093minv?2.020.22.02?0.2FA0v0??0.99/2?0.495m3/h?8.25L/minCA0VR1?0.97?8.25?8L,VR2?1.093?8.25?9L总反应器体积为17L （2）循环反应器
xA2VRdxA?(R?1)?RxA2kC(1?X)[C?C(1?X)]FA0R?1A0A0A0A
对上式积分并整理得：
k?CA00.01?XA2(1?XA2)R?1?(R?1)Ln[?]0.99(0.01?XA2)R?0.01(1?XA2)k?CA00.01?0.9(1?0.9)R?1?(R?1)Ln[?]0.99(0.01?0.9)R?0.01(1?0.9)9.1(0.1R?1)?(R?1)Ln0.91R?1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：
k?CA09.1(0.1?15?1)?(15?1)Ln?7.040.990.91?15?1??3.556min,VR?3.556?0.99?1000/(2?60)?29.33L
3-19(1)补充条件：换热时反应器出口温度为490℃，反应器入口体积流
量为2.5m3/min。
解：在换热时其热量衡算的微分方程为：
FA0(??Hr)dXA?FtCpdT?Kq(T?T0)Sdl?
积分得传出的总热量为：
FA0(??Hr)XA?FtCp(T?T0)?Q?
FA0=v0CA0=v0yA0Pt/RT=2.5×0.5×101325/(8.314×713)=21.365mol/min
Ft=2FA0
(CCP?0.45?pA?CPB)?0.1CPR
?0.45(154?85.6)?0.1?249?132.72KJ/mol所以传出的总热量为：
Q=21.365×125600×0.12-2×21.365×50×132.72 =322013.28-283556.28=3.8×104KJ/min (2)在绝热时，传热项为0.，方程化简为：
FA0(??Hr)XA?FtCp(T?T0)?
此时反应器出口的温度为：
T?T0?FA0(??Hr)FtCP?XA?(273?440)?125600?769.78K2?132.72
第三章练习题题解
