南京工业大学《反应工程》习题课

习题课 1. 一复合反应
R
B 2P Q
P B A 22
1
k k
−→−++−→−+,P 为目的产物，若
2
B
P 2R B
2
A 1Q C
C k r C C k r ==
问：2
A
1B
P 2B 2A 12
B P 2B 2A 1A P PA P 2
B
P 2B 2A 1R Q P B
2
A 1Q A C k C C k 1C C k 2C C k C C k 2R R S C C k C C k r r R C C k 2r 2R -=-=-=-=-===-)()()(μ
2．两台管式反应器和一台全混釜串联，如下图所示，进行一液相均相反应。

F A0 F A1 V r2
若反应速率2
A A kC )R (=-，则r3r2V 和V 的计算公式分别为：
=r2V 2
22012A00)
1()
(C Q A A A A x kC x x -- =
3r V ⎰-3
22
20)
1(A A x x A A A
x kC dx 并在
图上表示。

A A x ~)
R (1
-
3.（书上习题3－7，4－7，4－18，均属于此种类型）
S
B A 2R
B 2A 2
1
k k −→−+−→−+
B
2
A 2S 2
B A 1R
C C k r C C k r ==
R 为目的产物，B 的价格远较A 贵，且不易分离回收。

（1）如何配料？
（2）用多釜串联，如何进料？ （3）若用半间歇反应器，如何进料？
∞
（4）若用管式反应器，如何进料？ （5）若E 1<E 2，如何选择温度？
解：由于B 的价格远较A 贵，所以应选B 为关键组分。

↑↓→↑↑→↓+=
+=-=R R A B
A B A B A B A B R RB
R S k k S C C k C k C C k C C k C C k R R S 1
2
B 1222212
1C ,21411
212)(μ
若用A 作为关键组分，得到的最终结论一样。

（但这是巧合）
↑↓→↑↑→↓+=+=-=R R A B
A
B
A B A B A A R RA R S k k S C C k C k C C k C C k C C k R R S 1
2
B 122
2212
1C ,211
2)(μ
（1）配料时，按理C B0>>C A0有利，B 过量好，但B 过量后，势必
造成B 反应不完，而由于B 的价格贵，且不易与产物分离回收，所以B 不能过量。

按主反应的化学计量比投料较好。

C B0＝2C A0
（2） A
(3)
(4)
B A
(5) E 1< E 2 , 低温操作有利。

4. 某液相均相反应A ＋ B → P ，(-R A )=kC A C B ；当反应温度100℃
时，反应速率常数为0.5（mol/L ）-1.h -1，进料混合物中A 、B 的初始浓度均为2mol/L 。

要求P 的产量为80mol/h ，最终转化率为80％。

求下列几种情况下的反应体积：
（1）反应在间歇釜式反应器中进行，辅助时间为1h; （2）反应在全混流釜式反应器中进行； （3）反应在活塞流管式反应器中进行。

5．一级不可逆反应，在150℃等温PFR 中可得转化率60％，现改用同样大小的CSTR 中操作，处理量不变，要求转化率为70％。

问此
)
()()().(..)()()
()()(////./.).()().(.)()(,)(L 200450Q V h
4t 3 L 100010010V 108012508
0x 1kC x F V 2 L 2501450t t Q V h L 502100C F Q h mol 10080
080x F F C F Q 408012x 1C C h 42
1
401501C 1C 1k 1t kC C kC R C C 1 : 0r r 2
22Af 20A Af 0A r 00r 0A 0A 0Af P 0
A 0A 0A 0Af 0A Af 0A Af 2
A B A A B A 0B 0A =⨯=====⨯==-⨯⨯=-==+=+=========-=-==-=-=
==-∴==ττνν 解
时CSTR 应在什么温度下操作？已知反应活化能为83.7 kJ/mol 。

)
(.)
(...ln )
(ln .).ln (..))ln()(()
().ln()ln(''''''K 3440T T
1
42313148107835462 T
1T 1R E k k 546
240307
0x 1x 1x k k x 1k x C k C C CSTR 601x 1k PFR 3A Af Af Af Af Af
Af
0A A =-⨯=-==-=---=-=
---=--=‘
＝
中：中：解：ττ
6.反应物A 进行如下反应：
A
反应均为一级，各反应的活化能依次为：E 2<E 1<E 3 ,P 是目的产物。

证明：从有利于P 的选择性角度出发，最佳温度为 )
ln(2
11
302032
3opt E E E E k k R E E T ---=
证明：
)
ln()
()()
()
()()()()()(
)()(/)(/))()((/)(/)(/)(/)(/)(/)(2
11
302032
3opt 21021303RT E E 21021303RT E E E E RT E E 1303RT E E 2102213RT E E 0103212RT E E 0102RT
E E 01
03RT E E 010213121
3
12P 1
3
12A
321A
1A P P E E E E k k R E E T E E k E E k e E E k E E k e e E E k e E E k 0RT E E e k k RT E E e k k dT dJ e
k k e k k k k k k J k k k k S k k k k 11C k k k C k R R S 231312131213121312---=
∴--=--=∴-=-∴=-+-=+=+=↓+↑→++
=++=-=
--+--------------令
7．在间歇釜中进行如下反应A P + R Q 实验测得50℃时
Q
P
C C 恒为2。

当反应10分钟后，A 的转化率为0.5,反应时间延长一倍，转化率为0.75。

求k 1和k 2的值。

又当温度升高10℃，测得Q
P
C C ＝3，试问哪个反应活化能大？两个活化能差多少？ 解：
mol
J 36258E E 23e e k k k k e k k k k 3k k E E k k T 04620k 02310k 06930k 306930k k 5
011
k k 110x 11
k k 1t 2C C k k 21323133313148E E T 1T 1R E E 2
121
RT
E E 02012
12
1
2
12
1
111222121A 21Q P
21211
22121/)(min .)(min ....ln
ln
)(.)()()(''
/)(''=-∴=====>∴↑↑→
====+-+=
-+=
==----------
8．今有二级反应A →P,拟用两台活塞流反应器串联操作。

已知C A0=1mol/L ，V r1=120 L,温度T 1时，k 1=1L/(h •mol)，温度T 2时，k 2=2L/(h •mol)，进料流量Q 0＝60L ／h 。

试问下列两种操作何种为优？ （1
（2）
1113
8131
60240231131k C 1C C 3
160120
1111
k C 1C C C 1
C 1k (1) 2
21A 1A 2A 1
10A 0
A 1A 0
A 1A 11=
+
=⨯⨯+=+=⨯
⨯+=
+-=τττ＝＝
或解：
11
19
219160
120191191k C 1C C 9
160240
2111k C 1C C (2)1
11A 1
A 2A 2
20A 0
A 1A =
+
=⨯⨯+
=
+=⨯⨯+=
+ττ＝
＝。