化学反应工程练习题解答

第一章习题
1
有一反响在间歇反响器中进行，经过8min 后，反响物转化掉80％，经过18min 后，转化掉90％，求表达此反响的动力学方程式。

解
2
A A min 18A0min 8A0A
A A0d d 2
19.019.0181)(21
8.018.081)(11kc t
c kc kc x x c kt =-
=-⋅==
-⋅=-⋅=
为假设正确，动力学方程 2
在间歇搅拌槽式反响器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反响式为：
()()()()
S R B A O H H COOC CH OH H C COOH CH 2943SO H 9434
2+−−→−+
反响物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，反响在100℃下进行。

A 转化率达50％需要时间为24.6min ，辅助生产时间为30min ，每天生产2400kg 醋酸丁酯〔忽略别离损失〕，计算反响器体积。

混合物密度为750kg·m -3，反响器装填系数为0.75。

解
3
3
1
31
11
1
1
1i 1.2m 0.75
0.8949
总体积反应0.8949m 0.910.9834有效体积反应0.91hr
60
54.6
折合54.6min 3024.6总生产时间hr 0.9834m 750
737.5换算成体积流量hr 737.5kg 634.1103.4总投料量hr 634.1kg 744.97724.1B 4.97:1B :A hr 103.4kg 601.724折算成质hr 1.724kmol 0.5
0.862
的投料量
A ，则50%转化率hr 0.862kmol 116
100
hr 100kg 2400/24R 116 74 60 M S R B A ==⨯==+=⋅=+⋅=⨯⨯=⋅=⨯⋅=⋅=⋅=+→+-------器器投料量则量流量产量
3
反响(CH 3CO)2O+H 2O →2CH 3COOH 在间歇反响器中15℃下进行。

一次参加反响物料50kg ，其中(CH 3CO)2O 的浓度为216mol·m -3，物料密度为1050kg·m -3。

反响为拟一级反响，速率常数为k =5.708×107 exp(−E /RT ) min -1，E =49.82kJ·mol -1。

求x A =0.8时，在等温操作下的反响时间。

解
min 6.308.011ln 05252.0111ln 1min 05252.0)288
314.849820
exp(
10708.5A 1
7=-=-==⨯-⨯=-x k t k
4
在555K 及0.3MPa 下，在平推流管式反响器中进行气相反响A →P ，进料
中含A 30%〔摩尔分数〕，其余为惰性物料，加料流量为6.3mol·s -1，动力学方程式为−r A =0.27c A mol·m -3s -1为了到达95％转化率，试求： (1) 所需空速为多少? (2) 反响器容积大小? 解
()1
R 000VNO 3
0R 1
11V 95.00A A 95.00A A
A01
330s 131.0075
.11013.015.5553.015.2730969.0m 075.110.110969.0s 09.010.11s
10.1195.011ln 27.01127.0d d s m 0969.0300
15.555314.8103.6------=⨯⨯=
==⨯======-=-=-==⨯⨯⨯=⎰⎰V p p T T V S V V S x x r x c V 标准空速为：τττ
5
反响A+B →R+S ，V R =0.001m 3，物料进料速率V 0=0.5×10-3m 3min -1，c A0=c B0=5mol·m 3，动力学方程式为−r A =kc A c B ，其中k =100m 3kmol -1min -1。

求：(1)反响在平推流反响器中进行时出口转化率为多少？(2)欲用全混流反响器得到相同的出口转化率，反响器体积应多大?(3)假设全混流反响器体积V R =0.001m 3，可到达的转化率为多少? k =1m 3kmol -1hr -1，c B0=3kmol·m -3，c A 饱和
=0.02kmol·m -3，水溶液流量为
10m 3hr -1。

解
〔1〕平推流
5
.00005
.051.0001.011
1111)111
(1)1(d 10A0R Af Af
0A 0
2
A A 0A 0R Af
=⨯⨯+
-=+-
=--=-=⎰
V kc V x x kc x x kc V V x 〔2〕全混流
3
330R 2B A A A0A A A00R m 1024105.040025.01000025
.0005.0--⨯=⨯⨯===⨯-=-=--=τV V c kc c c r c c V V 〔3〕V R =0.001m 3时可到达的转化率
()()
()3820
.0111005.0100105.0m 001.01A 2
A A 2
A A 33
R 2A 20A A A0B A A A0A A A00R =-=-⨯⨯==-=-=--=-x x x x x V x kc x
c c kc c c r c c V V
第二章习题
1. 平行液相反响
A →P r P =1 A →R r R =2c A A →S r S =c A 2
c A0=2kmol·m -3，c Af =0.2kmol·m -3，求以下反响器中，c P 最大为多少? (1) 平推流反响器；(2)全混流反响器；(3)两相同体积的全混流反响器串联，c A1=1 kmol·m -3。

解
3
-A0Af A 2
A Af 0A p P A
P Af
A0p 2A 2
A A S R P P P m kmol 5.02
11
2.011)1(1)1(1d )
1(1
)(d 1PFR For )1(1
211A0
Af
A Af
⋅=+-+=+-+=
+=-=-=
+=++=++=
⎰⎰
c c c c c c S c c S c c S c c c r r r r S c c c c
3
-2
2Af Af A0Af A0p P m kmol 25.1)
2.01(1
)2.02()1(1)()(CSTR
For ⋅=+-=+-=-=c c c c c S c
3
-2
2P2Af A1P1A1A0P m kmol 81.056.025.0)2.01(1
)2.01()11(1)12()()(Series
in CSTR For two ⋅=+=+-++-=-+-=S c c S c c c
2. 自催化反响A+P →2P 的速率方程为：−r A =kc A c P ，k =l m 3kmol -1min -1，原料
组成为含A 13%，含P 1%〔摩尔百分数〕，且c A0+c P0= l kmol·m -3，出口流中c P = 0.9 kmol·m -3，计算采用以下各种反响器时的空间时间(τ=V R /V 0)。

(1)平推流反响器；(2)全混流反响器；(3)平推流与全混流反响器的最正确组合；(4)全混流反响器与一别离器的最正确组合。

解
A
A 2
A0A A0A A0P A A Af Ain 3
A0)1()1(9.00714.0141
m 1kmol x x kc x c x kc c kc r x x c -=-==-===
⋅=
()()min 76.40714.010714.09.019.0ln 11111ln 1d 1111
1d 1d PFR
For Ain Ain Af Af A0A A 0A A A A A0A
A A0Af
Ain Af Ain Af
Ain =⎪⎭⎫
⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝
⎛-⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛+-=
-=-=⎰⎰⎰
x x x x kc x x x kc x x x kc r x c x x x x x x τ (
)()min 2.99.09.010714
.09.01111CSTR
For Af Af 2
0A Ain Af 0
A =⨯--⨯⨯=--=x x kc x x c τ
()min
91.320.271.120.25.015.09.019.0ln m
kmol 5.0)1(min 71.15
.0)5.01(0714
.05.0111)1(15.00210d d ,1PFR CSTR For 2123
A1A0A1A11A Ain Af 0A 1A1A A
A A A =+=+==⎪⎭
⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⋅=-==⨯--⨯⨯=--⨯=
==-=---+-τττττx c c x x x x kc x x x r r r ，，有令的极值点相同与由于
()min
71.15
.0)5.01(0714
.05.0111)1(15
.0,0d d CSTR For A1A1Ain Af A01A A
A =⨯--⋅⨯=--=
==-+x x x x kc x x r τ分离器
第三章习题
1． 有一有效容积V R =1m 3，送入液体的流量为1.8m 3hr -1的反响器，现用脉冲
示踪法测得其出口液体中示踪剂质量浓度变化关系为： t /min 0 10 20 30 40 50 60 70 80 c /kg·m -3
3
6
5
4
3
2
1
求其停留时间分布规律，即F (t )，E (t )，t ，2
t σ 解
示踪法求停留时间分布规律
t /min c /kg·m -3
∑c F (t ) E (t ) t·c t 2c 0 0 0 0 0 0 0 10 3 3 0.125
0.0125
30
300 20 6 9 0.3750 0.0250 120 2400 30 5 14 0.5833 0.0208 150 4500 40 4 18 0.75 0.0167 160 6400 50 3 21 0.875 0.0125 150 7500 60 2 23 0.9583 0.0083 120
7200 70 1 24 1.0 0.0042 70 4900 80 0 24 1.0 0 0 0 ∑
24
80
33200
2
2
2
2
2
t
min 2.27233
.332433200
min
33.3324800=-=-====∑∑∑∑t c
c t c tc t σ
2． 请将习题一中停留时间分布规律用比照时间θ作变量，
求F (θ)，E (θ)，θ，2
θσ。

解
()()()()min
33.335
.110R 0
R
2
2t 2
θ======
===V V V V t
t E E t F F t
τττ
σστ
θτθθτ
θ
3． 在习题一的反响器中进行A →D 反响，c A0=25mol·m -3，动力学方程为
−r A =0.05c A mol·m -3min -1，请分别用： (1)凝集流模型； (2)多级混合槽模型； (3)平推流模型； (4)全混流模型。

计算出口物料中A 组分的转化率。

解
〔1〕凝集流模型
t /min
c /kg·m -3
∑c F (t ) ()kt c c -⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛∑exp 0 0 0 0 0 10 3 3 0.125 0.1189 0.07582 20
6
9
0.375
0.2262 0.09197
30 5 14 0.5833 0.1793 0.04649 40 4 18 0.75 0.1365 0.02256 50 3 21 0.875 0.0974 0.01026 60 2 23 0.9583
0.0617 0.00415 70 1 24 1.0 0.0294 0.00126
80 0 24 1.0 0 ∑
24
0.2525
()7475.0exp 1A =-⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛-=∑kt c c x (2)多级混合槽模型：
7556
.008.433.33005.011
111108
.41
245.008
.4A 22θ2θ
=⎪
⎭
⎫ ⎝⎛⨯+-=⎪
⎭⎫
⎝
⎛+-
===
==N
N k x N N
ττσσ
(3)PFR 模型：
8111
.033.3311
ln 201d 201d 05.01d min 33.33A A
A A 0A
A
A A A00
R
A A A ==-=-=-=
-===
⎰
⎰⎰x x x x x x r x c V V x x x ττ
(4)CSTR 模型：
()()
6250
.033.33120105.0min 33.33A A A
A A0A A0Af A A00
R
==-=-=--=
==x x x x c x c r c c V V ττ
4． 用题一的条件，采用轴向扩散模型，计算其Pe 值与出口物料中A 组分的
转化率。

解
()()()()()7578
.02422.012993.63976.1exp 3976.112993.63976.1exp 3976.112993.6exp 3976.1412Pe exp 12Pe exp 12Pe exp 413976.1993
.633.3305.041Pe 41993
.6Pe Pe Pe exp 11Pe 2245.012
22
2A 2
2
2
θ
=-=⎪
⎭
⎫ ⎝⎛⨯---⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⎪
⎭⎫
⎝⎛⨯-
=⎪
⎭
⎫ ⎝⎛---⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪
⎭⎫ ⎝⎛-
==⨯⨯+=+
==⎪⎭
⎫ ⎝⎛---=
==
-==
βββββτβσστ
θx k t
t
t 试差得闭式边界条件
满足闭
5． 设E (θ)、F (θ)分别为某流动反响器的停留时间分布密度函数和停留时间分
布函数，θ为比照时间。

(1) 假设反响器为PFR ，试求：
(a) F (1)，(b) E (1)，(c) F (0.8)，(d) E (0.8)，(e) E (1.2) (2) 假设反响器为CSTR ，试求：
(a) F (1)，(b) E (1)，(c) F (0.8)，(d) E (0.8)，(e) E (1.2) (3) 假设反响器为一非理想流动反响器，试求 (a)F (∞)，(b) F (0)，(c) E (∞)，(d) ()θθd 0
⎰
∞
F ，(e)
()θθθd 0
⎰
∞
E
解
(1)对PFR ， F (1)=1， E (1)=∞，F (0.8)=0， E (0.8)=0， E (1.2)=0
(2) ()()()()()()()3012
.02.14494
.08.03679.015507.018.06321
.0111CSTR 2.18.018.01=======-==-==-=-------e E e E e E e F e F e E e F θ
θ
θθ，对
(3)
()()()()()θ
θθθθθ=∞
==∞==∞⎰
⎰∞
∞
d d 0
01
E F E F F 对任何反应器，
第四章习题
1、 乙炔与氯化氢在HgCl 2活性炭催化剂上合成氯乙烯：
(C)
(B)
(A)
Cl H C HCl H C 3222→+ 其动力学方程式可有如下几种形式：
(1) 2
C C B B A A C
B A )
1()(p K p K p K K p p p k r +++-
= (2) )
1)(1(C C B B A A B
A B A p K p K p K p p K kK r +++=
(3) B B A A B
A A 1p K p K p p kK r ++=
(4) C
C B B B
A B 1p K p K p p kK r ++=
试说明各式所代表的反响机理和控制步骤。

解：
〔1〕
()σ
C C σσC σB σA σB σ
σB A σ
σA +−−←−→−+−−←−→−+−−←−→−+−−←−→−+控制步骤
〔2〕()2212212
21
1σC C σ控制步σC σB σA σB σσB A σσA +−−
←−→−+−→−+−−←−→
−+−−←−→−+骤
〔3〕()骤控制步σC B A σB σ
σB A σσA +−→−+−−←−→−
+−−←−→
−+
〔4〕()σC C σ控制步C σB σA B σσB +−−
←−→−−→−+−−
←−→−+骤
2、 丁烯在某催化剂上制丁二烯的总反响为：
(S)
(R)(A)H H C H C 26484+−→−k
假设反响按以下步骤进行：
()()()
⎪⎪⎪⎩
⎪⎪⎪⎨⎧+−−←−→−+−−←−→−−−←−→−+3σR R σc 2S R σA σb 1A σσA a 6
54321
k k k k k k （1） 分别写出a ，c 为控制步骤的均匀吸附动力学方程；
（2） 写出b 为控制步骤的均匀吸附动力学方程，假设反响物和产物的吸附都很弱，问此时对丁烯是几级反响。

解：〔1〕： a 控制步骤时
A 2V A r θθk p k r -= 〔1〕
对b ： S R 4A 3p k k θθ=令4
32k k K =
那么R S 2A 1
θθp K = (2) 对c ： R V 6R 5p k k θθ=令5
6
3k k K =
那么V R 3R θθp K = (3) 由(3)代入(2)得：V R S 2
3
A θθp p K K = 由1V R A =++θθθ得
1V V R 3V R S 2
3
=++θθθp K p p K K 11
R 3R S 2
3
V ++=
p K p p K K θ
1R 3R S 2
3
R S 2
3
A ++=
p K p p K K p p K K θ
1R 3R S 2
3
R
S 2
3
2A 1++-=
∴p K p p K K p p K K k p k r
〔2〕 c 控制步骤时
V R 6R 5θθp k k r -=
由a A 2V A 1θθk p k =，令
12
1
K k k =，那么V A 1A θθp K = 由b S
V
A 2
1S
A
2
R p p K K p K θθθ== 由1V R A =++θθθ得
1V S
V
A 2
1V A 1=++θθθp p K K p K 1
1
A 1S
A 21V ++=
p K p p
K K θ
1
A 1S
A 21S
A 2
1R ++=
p K p p
K K p p K K θ
S
A
2
1A 1R 6S
A
2
151p p K K p K p k p p K K k r ++-=
∴ （3） b 为控制步骤：
R
3A 1R
S 34A 13R S 4A 31p K p K p p K k p K k p k k r ++-=
-=θθ
当吸附很弱时，1,131<<<<K K 那么R S 34A 13p p K k p K k r -= 对丁二烯是一级反响。

第五章习题
1. 异丙苯在催化剂上脱烷基生成苯，如催化剂为球形，密度为ρP =1.06kg·m -3，
空隙率εP =0.52，比外表积为S g =350m 2g -1，求在500℃和101.33kPa ，异丙苯在微孔中的有效扩散系数，设催化剂的曲折因子τ=3，异丙苯−苯的分子扩散系数D AB =0.155cm 2s -1。

解
1
233
P e 1
233K AB 12370
K 93
P g P V
g 0s cm 10145.13
10608.652.0s cm 10608.610902.61155.011
111s cm 10902.612015.27350010606.548504850m 10606.51060
1035052
.0444
----------⨯=⨯⨯==⨯=⨯+
=+=⨯=+⨯⨯==⨯=⨯⨯⨯==
=τερεD D D D D M T d D S S V d
2. 在硅铝催化剂球上，粗柴油催化裂解反响可认为是一级反响，在630℃时，
该反响的速率常数为k =6.01s -1，有效扩散系数为D e =7.82╳10-4cm 2s -1。

， 试求颗粒直径为3mm 和1mm 时的催化剂的效率因子。

解
461.10182.701.6305.03
383.40182.701.6315.034
114e 33S =⨯==
=⨯==--e S D k R D k R ϕϕ
5373.0383.4101249.008.8001249.008.80461.11461.131461.1131)3(112282.0383
.41
1
461.13461.13461.13461.131S 1S S11S3
3=⎪
⎭⎫
⎝⎛--+=
⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯--+=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-=
==
=⨯-⨯⨯-⨯e e e e th ϕϕϕηϕη
3. 什么是宏观反响速率的定义式？什么是宏观反响速率的计算式？两者有
何异同？ 答
定义式()()⎰⎰-=
-S S
S
S
A A
d d V V V
V r R 计算式 −R A =η (−r AS )
两者都反映了宏观反响速率与本征反响速率之间的关系。

颗粒内实际反响速率受颗粒内浓度、温度分布影响，用定义式是难于计算的。

计算式将过程概括为颗粒外表反响速率与效率因子的关系，而效率因子通过颗粒内扩散及浓度、温度分布的规律是可以计算的，从而得到总体颗粒的宏观速率。

第六章习题
1. 在一总长为4m 的填充床中，气体以2500kg·m -2hr -1的质量流率通过床层。

床层体安装直径为3mm 的球形催化剂颗粒，空隙率为0.45，气体密度为2.9kg·m -3，其粘度为1.8╳10-5kg·m -1s -1。

求床层的压降。

解
()()
21045.01108.136002500
1031Re 5
3B g g m S m =-⨯⨯
⨯=-=--εμρu d Ergun 方程
()()Pa 3296445.045.011039
.29.23600250075.1210150175.1Re 150332
3B B S
g 2
m m =⨯-⨯⨯⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯⎪
⎭
⎫ ⎝⎛+=∆-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∆-p L d u p εερ
2. 在铝催化剂上进行乙腈的合成反响
C 2H 2+NH 3→CH 3CN+H 2+92.14kJ (A) (B) (R) (S)
设原料气的体积比为C 2H 2:NH 3:H 2=1:2.2:1。

采用三段绝热式反响器，段间间接冷却，使各段出口温度均为550℃，每段入口温度也相同，其反响动力学方程可近似表示为：
()
1
cat 1A 4A g hr kmol 17960ex p 1008.3--⋅-⎪⎭
⎫
⎝⎛-⨯=-x T r
流体的平均热容C P =128J·mol -1K -1。

假设要求乙腈的转化率为92%，且日产乙腈20吨，求各段的催化剂量。

解
1-Af 0A R 0A 0A 1
-R R 0t 0B B00t 0A A00t t A
0A 0S S A 0A R A
0A 0B B A A0A 0B 0S 0A t0A0hr kmol 78.9292
.02381.03252
.20hr kmol 3252.2024
20000
415238.02
.42
.22381.02.41
)
1(2
.412.211⋅=⨯===
⋅=⨯=
====
====+==-=-==++=++==x y F y F F M F M n n y n n y n n x n n n x n n x n n n x n n n n n n n R
)
(5.171)(128
78.92102.921.2278
.921.222.42.4hr kmol 1.2292
.03252.20)
()
(A01A A 1A A 3
00A 01
-Af R 0
A 1A A P
R A00=-=-⨯⨯⨯=-=⨯=⨯==⋅===-∆-=----x x x x x T T F F F x F F x x C F H F T T i i i i i i i i i i
92
.0613
.03067.03
1
2192.0)92.0(5.171550)(5.171)(5.171550)(5.1715.1715505.171C
5503A 2A 3A 2A A12A 1A A2A130
20102A 2A A33301A 2A 1A 2A 220A1
A 110o 321=====
-=-===--=--=--=--=-=-====x x x x x x x x x T T T x x x T T x x x x T T x x T T T T T
3
21130
2010o 10823.2K K 6.7703067.05.171K 6.770C 4.4973067.05.171550T T T T T T T T ===+⨯=====⨯-=
()
()()()()()045.1d 41.0d 260.0d d 15.1716.7707960exp 1008.3d 17960exp 1008.3d )(d 192.06134
.0A A A0316134.03067.0A A A0
2
13067.00A A A0
1
0A
A 0A A 4
A 0
A 4A
0A A A0A A A A ==========-⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛⨯+-⨯=-⎪⎭
⎫
⎝⎛-⨯=-=⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰I x x f F W I x x f F W I x x f F W x x f x x x x T x r x F W x x x x
cat
cat 3A03cat 2A02cat 1A01kg 89
.37078.23058.9744.5kg 087.23045.11.22kg 058.9410.01.22kg 744.5260.01.22=++==⨯===⨯===⨯==W I F W I F W I F W
最正确温度曲线，AMN为等转化率
曲线，指出最大速率点和最小速率
点。

BCD为等温线，指出最大速率
点和最小速率点。

答
在AMN线上，M为最大速率点，N为最小速率点
在BCD线上，C为最大速率点，D为最小速率点
第七章习题
1. 在流化床反响器中，催化剂的平均粒径为51╳10-6m ，颗粒密度ρP =2500
kg·m -3，静床空隙率为0.5，起始流化时床层空隙率为0.6，反响气体的密度为1 kg·m -3，粘度为4╳10-2mPa·s 。

试求：
〔1〕．初始流化速度 〔2〕．逸出速度 〔3〕．操作气速 解
〔1〕计算初始流化速度
设Re 小于2，
()()()2
5
36mf p 3
5
2
6p 2
mf 10232.110
4110661.91051Re 10
661.981.9104165125001051165-------⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==⨯=⨯⨯⨯-⨯=
-=
μρμρρu d g d u p
〔2〕计算逸出速度
()()
()2
Re 1129.010*******.0101.5Re s m 08856.01041881.912500101.5185
5p 1
5
2
5P 2P <=⨯⨯⨯⨯==⋅=⨯⨯⨯-⨯=-=-----μρμρρu d g d u
u T =Fu ，Re<10，F ≈1 u T =0.08856mּs -1
〔3〕估算操作气速
操作气速=(0.5-0.6)u T ，取0.5，操作气速=0.5u T =0.044mּs -1
2. 在一直径为2m ，静床高为0.2m 的流化床中，以操作气速u =0.3m·s -1的空
气进行流态化操作，数据如下：
d p =80╳10-6 m ，ρP =2200 kg·m -3，ρ=2 kg·m -3，μ=1.90╳10-2mPa·s ，εmf =0.5 求床层的浓相段高度及稀相段高度。

解
计算逸出速度 设2<Re<500，
()()1
12
2
223
3
P 5
P 5
15p 5
220029.8144810225225 1.91020.4811m s 8100.48112Re 4.0511.910
g u d d u ρρμρρ
μ
-----⎛⎫⎛⎫
--==⨯⨯ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⨯⨯⎝⎭⎝⎭=⋅⨯⨯⨯=
==⨯ u T =Fu ，Re<10，F ≈1 u T =0.4811mּs -1 计算床层空隙率
5263.210
9.123.0108Re 5
5p =⨯⨯⨯⨯==
--μ
ρ
u d 当1<Re<200时，1
.0T P Re 18
45.4-⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+=d d n
89
.04811.03.00568.45263.221081845.4Re 1845.40568
.411T f 1.051.0T P =⎪
⎭⎫
⎝⎛=⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛==⎪⎪⎭⎫
⎝⎛⨯⨯+=⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛+=---n
u u d d n ε
计算浓相段高度
m 909.02.0545.4545.489
.015
.01110f f mf =⨯===--=--=
RL L R εε
估算稀相段高度
()
()()()
m
938.101631.165263.22.0102.1Ar Re 102.11631
.61109.12220081.92108Ar 1.155.131
.155.10322
53
52
P 3P =⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=⨯-⨯⨯⨯=
-=
----L L g d μρρρ
3. 在2题中如果要求出口气体中关键组分转化率为x Af =0.98，催化剂用量应
取多少？ 解
()()()m 5166.12
.0231.03136.1Ar
Re 102.1%
45.15%10010.2231.0m
031.020.0231.00.95m 231.005
.3704.0m 704.098.01ln 264
.275
.401ln 1.1
1.55P 032f f 0Af b r b f =⨯=⨯==⨯⎪⎭⎫
⎝⎛-=-====
=-=--=-L L x R L L x K u L 用量增加时催化剂用量增加较
4. 在2题中如果将操作气速由u =0.12m·s -1提高到0.2 m·s -1，出口气体中关键
组分转化率是多少？床层高度有何变化？ 解
床层高度的变化
m 7363.27
.393987.12.0102.1Ar Re 102.1m
171
.12.0855.5855
.59146
.015.01119146.02956.02.03987
.11002.31.12.01092.1Re 1.1
1.55 31.11.55P 032mf f f mf mf f 379
.411
t f 54P P =⨯⨯⨯=⨯==⨯===--=--===⎪⎭⎫
⎝⎛=⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛==⨯⨯⨯⨯==
----L L RL L L L R u u u
d n
εεεμ
ρ出口气体转化率的变化 由于u 的变化引起参数变化为
m 01762.0711.02
t b =⎪⎭⎫
⎝⎛=g
u d
1t br s m 2956
.0-⋅==u u
1br mf b s m 4875.02956.000811.002.0-⋅=+-=+-=u u u u
01.0b =γ 3221.0c =γ
3936.04875
.000811
.02.0b mf b =-=-=
u u u δ
()()
()
()()()4382
.03221.001.03936
.03936.015.0111c b b
b mf e =+---=
+---=
γγδδεγ
8488.9bc =K
12
132
13b b e mf ce s 464.6762.175.48204.05.078.678.6-=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=d u D K ε
()1b
r s 9023.14382.01464.64.313221.01
849.94.3101.04.3-=⎪⎪⎪⎪⎪⎪
⎪⎪⎪⎭
⎫
⎝
⎛++++
=K
()9896.0171.14875.09023.1exp 1exp 1f b b r Af =⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯--=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛--=L u K x
第八章习题
1. 用纯水吸收CO 、O 2等气体中少量的NH 3，在操作温度(10℃)下NH 3的亨
利系数H A =1.01kPa·L·mol -1；CO 2，O 2亨利系数H A =1.01╳105 kPa·L·mol -1。

试求
假定NH 3，CO ，O 2在水中即液相中传质系数相等，且k AG =4.05╳10-3 mol·cm·kPa -1L -1s -1；k AL =0.01cm·s -1。

（1） 气膜和液膜阻力各为多少？ （2） 应采用哪种形式的速率式？ （3） 采用化学吸收是否都可用？为什么？ 解
对NH 3气膜和液膜阻力
33AL
A
AG
AG 1087.2101
9.2461
01
.001
.11005.411
11--⨯=+=
+
⨯=
+=
k H k K
总阻力：347.9 气膜246.9，占71% 液膜101 占29%
AL
A AG A 1d d k H k p
S t n +∆=-
对CO ，O 2气膜和液膜阻力
8
7
5
3
AL
A AG
AG 10
9.91001.19.246101
.01001.11005.411
11--⨯=⨯+=
⨯+⨯=
+=
k H k K 总阻力：10100247
气膜247，占0.244% 液膜1.01×107 占99.76%
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-=-AL A AG AL A
d d c H p S k t n 对易溶气体，气膜阻力为主，化学吸收增强不显著。

对难溶气体，液膜阻力为主，化学吸收增强显著。

2. 在半间歇鼓泡塔中进行苯氯化生产一氯化苯的反响：
Cl 2(G)+C 6H 6(L)→C 6H 5Cl+HCl (A) (B) (R)
为了控制副反响，确定苯的最终转化率为0.45。

某装置年生产能力为8万吨一氯化苯〔每年以7000小时计〕。

反响生成一氯化苯的选择性S R =0.95。

在操作条件下，D AL =7.57╳10-9m 2s -1；c AI =1.03kmol·m -3；k AL =3.7╳10-4 m·s -1；−r A =−r B =kc A c B ； k =2.08╳10-4 m -3kmol -1s -1；ρB =810kg·m -3；比外表积σ=200m 2m -3；装填系数φ=0.7；平均气含率εG =0.2，每批料辅助生产时间t ’=15min ，计算所需鼓泡塔反响器容积。

解
求苯的初始浓度
3B0m kmol 385.1078
810
-⋅==
c
计算八田数，式中，c BL 取最大值c B0。

02.00109.0107.3385.101057.71008.24
94AL BL AL <=⨯⨯⨯⨯⨯==---k c kD γ 慢反响，β=1
()()()σ
εεσAL BL
G AI
AL BL
AL G AL AI AL A 111k kc c c c kc c c k R -+=-=-=- 式中，()3AI B B0BL m kmol 03.11-⋅=-=c x c c
()()()()()()()()()()()()()()Bf AI
AL B0Bf G AI 0B AI AL B0B G AI
0B G AI AL B B B0G AL 0BL G AL
BL G AI AL B B0BL G AL BL G AI AL AL BL G AI AI AL A 11ln 11d 11111d 1111d 1111Bf Bf Bf x c k c x k c x c k c x k c x k c k x x kc k kc k kc c k x c t kc k kc c k k kc c c k R x x x σεσεεσεσεσεσεσεσσεσ+--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=----+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛-+-=-⎰⎰
⎰ 代入x Bf =0.45及其它数据：
()()min
86.47s 6.287145.03.1200107.3385.1045.011ln 10
08.22.013.1144==⨯⨯⨯+-⨯⨯-⨯=
--t t t
每批料生产时间：min 86.621586.47=+=t 每年生产668286.6260
7000=⨯批 每批产量kmol 4.10666825.1121087
=⨯⨯氯苯 投料248.9kmol 95.045.04
.106=⨯苯
折合19420kg 78248.9=⨯ 计323.97m 81019420
=
反响器容积：
()3R m 81.242.017.023.97
=-⨯=V。