化学反应工程作业
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49. 现有一有效容积为0.75m 3
的搅拌釜反应器，其内设置有换热面积为5.0m 2
的冷却盘管。欲利用改反应器来进行A →R 的一
级不可逆的液相反应，其速率常数)(9.5525exp 100788.11
9-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯=h T k ，
反应热molA J H r /20921)(=∆-，原料液中A 的浓度l mol C A /2.00=，但
不含反应产物R 。此原料液的密度ρ=1050g/l ；定压比热929
.2=P C （J/g ·℃）。要求原料液的进料流率为h m v /33
=，反应器
出口的反应液中l mol C A /04.0=。总传热系数U=209.2（KJ/m 2
·h ·℃）。所用的冷却介质的温度为25℃。试求满足上述反应要求所需的反应温度以及料液的起始温度T 0。 解： 50.
(CH
3CO)2 (A) + H 2O(B)2CH 3COOH(C)
乙酸酐发生水解，反应温度25℃，k=0.1556
min -1
，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 3
，求使乙酸酐
的总转化率为60%时，进料速度0v 。
解：
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，
,9.0,10),(92.0301===-A x h m h k γ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。
解：
52.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 -1
，原料液的进料速度0v =10m 3
/h ，要求最终转化率
=A x 0.9，试求
V 1、V 2和总容积V 。
解：对于一级不可逆反应应有
210101
11)
1(1)1(1)1(
A A A A A A A x kC x kC x x r -=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-∂∂
=∂-∂
代入
⎥⎥⎦⎤
⎢⎢⎣⎡----=
∂-∂+-i A i A i A i
A i
A i
A r r x x x r ,1,1
,,,,111)1
(
得 ⎥
⎦⎤⎢⎣⎡----=-)1(1
)1(11
)1(110200
12
10A A A A A A A A x kC x kC x x x kC
整理得 02212
1=+-A A A x x x
∵9.02=A x ， ∴6838.01=A x ∴
)
(35.2)6838.01(92.06838
.0)1(111h x k x A A =-=-=
τ
)(5.233101m v V ==τ
)
(35.2)9.01(92.06838
.09.0)1(2122h x k x x A A A =--=--=
τ
)(5.233202m v V ==τ
总容积)(473
21m V V V =+=
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
,10,30.2),(92.03
030113h m v m kmol C h kmol m k A ===--要求出口x A =0.9，计算该操作最优容积比)(21V V 和总容积V 。
解：3
12
02120111)1(2
])1(1[)1(A A A A A A A x kC x kC x x r -=-∂∂=∂-
∂
代入
]
1
1[1)1
(1,2,0,1,1
,1
,A A A A A A r r x x x r ----=
∂-
∂ ])1(1)1(1[1)1(2
21,2021,201,3
1,2
0A A A A A A A x kC x kC x x kC ---=
-
741.00
99.001.33112
13
1==-+-A A A A x x x x
∴
h
x kC x x A A A A 22.5)741.01(3.292.1741
.0)1(2
210011=-⨯⨯=--=
τ
h
x kC x x A A A A 51.7)9.01(3.292.0741
.09.0)1(2220122=-⨯⨯-=--=
τ
695.051.722
.52121===
ττV V
总容积021v V V V ⨯=+=τ
∴ 33.127)22.551.7(10m V
=+⨯=
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A A kC r =-；而k=7.8×109
exp[-19220/T](s -1
),原料为纯气体A,反应压力P=5atm 下恒压反应,T=5000
C 。=A x 0.9,0A F =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：