发布时间 : 星期二 文章化学反应工程试题集及复习题更新完毕开始阅读8d7bae4b0b4c2e3f572763e4
CR?2CA0xA?3.22(kmol/m3)
dxA1xAdxA11???ln0kCk01?xAk1?xA A.4??7448k?9.52?109exp???0.92??273?50?
11t?ln?1.31(h)0.921?0.7 VCRMR50000?t?t024
50000?2.06V??22.2(m3)24?3.22?60 t?CA0?xA47. 该反应在全混流反应器中
3
进行，以AlCl3为催化剂，反应温度20℃，液料的体积流速为0.5 m/h，丁二烯和丙烯酸甲酯的初始浓度分别为
CH2 = CHCH = CH2(A) + CH2 = CHCOOCH3(B)COOCH3(C)CA0?96.5 C?333
mol/m，B0184 mol/m，催化剂的浓度为CD?6.63 mol/m。速率方程?rA?kCACD，式中k=1.15
×10 m/mol·ks，若要求丁二烯转化率为40%。求：1）反应器的体积V； 2）容积效率η。
解：1） A + B → C
-3
3
?rA??dCA?kCACD?kCA0(1?xA)CDdt ??CA0xACA0xAxA???rAkCA0(1?xA)CDk(1?xA)CD 对于全混流反应器 ∵
0.4???87.4(ks)?24.28(h)?31.15?10?(1?0.4)?6.63∴
Vv0 v0?0.5m3/h ∵
3∴V??v0?24.28?0.5?12.14m
?? 2）在分批式反应器内的反应时间为
t?CA0?xA0dxA1??rAkCD?0.40dxA?67(ks)1?xA
??t??67?0.76687.4
48. 在全混流反应器中一级不可逆反应，液相反应A → 2R，?rAh，
-1
?kCAkmol/m3·h，k=9.52×109exp[-7448.4/T]
CA0?2.3 C?3
kmol/m，MR?60，R00，若转化率xA?0.7，装置的生产能力为50000 kg产物R/天。求50℃
等温操作所需反应器的有效容积和它的容积效率
解：（1）进料速度v0
?CR?？（用于非生产性操作时间t=0.75 h）
0
?2CA0xA
50000?v0CR?2CA0v0xA?24?MR
以CA0?2.3,xA?0.7,MR?60
（2）反应器有效容积V
v0?50000/(24?60?2?2.3?0.7)?10.78m3/h
????V?
xAVCA0xA??v0kCAk(1?xA) v0xA?27.34m3k(1?xA)
dxA1xAdxA11???ln0kCk01?xAk1?xA A(3)
.4??7448k?9.52?109exp????0.92?273?50?
11t?ln?1.31(h)0.921?0.7
t?CA0?xA??t??1.13?0.5162.54
3
2
49. 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
5??1?552.9k?1.0788?109exp?(h)??T??A→R的一级不可逆的液相反应，其速率常数，反应热C?0.2mol/l，但不含反应产物R。此原料液的密度ρ(??Hr)?2092J1/mol，原料液中AA的浓度A03v?3m/h，反应器出口的反应液中C?2.9290=1050g/l；定压比热P（J/g·℃）。要求原料液的进料流率为
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
2
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
CA1?CA01?k?
C(A0?1)CA0.220.75k??(?1)()?18?0.043
5525.9k?1.0788?109exp[?]T根据
T?308.6K V(?rA)(??Hr)?UA(T?Tm)T0?T?]v0?cP2）
T0?308.6?18?0.04?0.75?20921?209.2?5?(308.6?298.16)?297.4K3?1050?2.929
3
50. (CH3CO)2 (A) + H2O(B)-12CH3COOH(C)乙酸酐发生水解，反应温度25℃，k=0.1556 min，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，进料速度解：初始浓度为
v0。
CA0，离开第一釜为CA1，依次为CA2、CA3。
CA0?CA1(?rA)1 (?rA)1?kCA1 ∵
C?CA1C11?1?A0?A1??xA1?1?kCA1CA01?k?11?k?1
∴
?1?CA21?对第二釜CA11?k?2
对于等体积釜串联
?1??2??
CA211??x?1?A2CA0(1?k?)2(1?k?)2同理 ∴τ=2.3（min）
1xA3?1?(1?k?)3
v0?V??51. 串联全混流反应器进行一级不可逆反应，假定各釜容积、温度相同，
1800?782.6(cm3/min)2.3
k?0.92(h?1),?0?10m3h,xA?0.9,试计算N为1，2，3的反应有效容积，如不考虑非生产性操作时间的
条件下分批式反应器的有效容积。
xA,N?1?3解：利用
N(个) 1 2 3
V（m） 97.8 47.0 37.6 若采用分批式
1(1?k?i)N52.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，原料液的进料速度解：对于一级不可逆反应应有
-1
1111ln?ln?2.503hk1??0.921?0.9t?A tVB?,其中?为N?1时?V
97.8???9.78h10 2.503?VB??97.8?25.03m39.78
v0=10m3/h，要求最终转化率xA?0.9，试求V1、V2和总容积V。
?(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)??11????kCA0(1?xA2)kCA0(1?xA1)?
2xA整理得 1?2xA1?xA2?0 ∵xA2?0.9， ∴xA1?0.6838
?1?∴
xA10.6838??2.35(h)k(1?xA1)0.92(1?0.6838)
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)
总容积V?V1?V2?47(m)
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
3k?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?反应流体在管内的体积流速为：
FA0RT1.55?0.082?773??19.66(m3/h)P5
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
V1xA(1?xA)dxA????v0k0(1?xA) 11??[2ln?xA]?29.88(s)?0.0083(h)k1?xA∴
CA?4v0?4?5.46?103?29.884V???13.0(m)222?D?D3.14?(0.126) x1AdxA11t???ln?18.57(s)k01?xAk1?xA
L?55.液相原料中反应物
A
进入平推流反应器中进行
22A?R的反应，已知
CA0?1moll,V?2l,?rA?0.05CAmoll?s。