a?b???k2 r?s 出口
初始 1.4 0.800 caf?0.8mol/l 反应掉 0.6 0.6 生成 0.6 0.6 cbf ?0.2mol/l
rbf?k1cafcbf?k2crfcsf
?7?0.8?0.2?3?0.6?0.6?0.04mol/l?min ??
cb0?cbf
?0.8?0.2rbf 0.04
?15min vr
120总加料速率v0 ???l
15min?8l/min
每条线加料流量v ?v02 ?4l/min
3-4 某液相二级反应 a+b→r+s，其速率常数 k?9.92m3/(kmol?ks)
，在全混流反应器中进行， 解 1. v0 ?0.278m3
/ks caf?ca0(1?xaf)?0.25mol/l cbf?0.25mol/l ??
ca0?caf ca0xafr? kc?2?0.875 afcbf
9.92?0.25 2?2.823ksaf 釜体积为 vr?v0
??0.278?2.823?0.785m3 2. 两釜串联 vri ?vr 2
?xa1xa2?xa1
1??2?kc2
?a0(1?xa1)kca0(1?xa2)2 ?xa2?xaf?0.875 ?xa1?0.725 ??xa1 1kc(1?x2
?0.483ksa0a1) ，
vri?v0?i?0.278?0.483?0.134 vr?2vri?2?0.134?0.268m 3
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）rp?2ca[kmol/(m3 ?h)] 2a→r rr?0.5ca [kmol/m3?h] c3 a0?cb0
?2kmol/m 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） rp?2ca2a→rrr ?0.5ca
ra?2rr?rp?3ca ， k?3h?1 x?11 af
k??1?3?2?1 ?0.143srp 2
p?r? a3 y2
p?spxa?3
?0.143?9.52%
3-6 图解设计一个四釜等体积串联釜式反应器，?a?0，a初始浓度为
2mol/l，要求转化率为80%，ra ?3camol/?l?min?，求每釜的空时 ?i和总反应空时。 解 图解法公式 1
1 rai ?
?cai?1? i
?cai， i
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。 ra
?3ca， xaf?80%，所以,出口浓度为c af
=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ra?3ca通过
率向左上方作直线与ra
?3ca线相交于一点，用该点向下作垂线，求得第
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?1ca0klnc ， af
t=13min， caf
?ca0(1?xaf)?0.30ca0 ?k?0.093min?1 ，ra?kca 平推流 ?
c?a0 ? xa dxa r
a
????caf
dcac??1lncaf ?13mina0kca kc
a0 全混流 ?caf
ca0?caf ??
ca0r?
?25.09min af
kca01?xaf
3-8 在某一全混流反应器中进行均相液相反应a→r，ra?kc 2
a，转 化率xa
?0.50，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 ， r2 a?kca， xaf
?0.5 ??ca0?caf ca0xaf ?2 r? 2
afkc2
a01?xafkca0 vr
??v0
（1） v
r?6vr ，此时 ??6?
ca0?caf ?6?2xaf12 ? ?
r af
kc?2
?a0kca0(1?xaf)kca0 解得 xaf?0.75?75%
（2） vrm?vrp ， ?m?? ?xa
dxacaf11?11?m??0r??a?ca0kc2dca?????2a k??cafca0??kca0 caf ?1 3
ca0， xaf?66.67%
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：ra?0.27ca mol/(m3
?s) 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） ，ra?0.27ca(mol/m3?s) 平推流 ??? ca0
dca1ccaf r?27lna0 a0.c af xaf ?0.95
???10.27lnca0 c?11.09s a0(1?xaf)
ca?pa0pya0.3?106?00 rt?rt?.38.314?555 ?19.5mol/m3v0 ?6.319.5 ?0.32m3 /s
vr??v3 ?3.55m
化学反应工程第三版课后答案
