化学反应工程纸质作业答案
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第一章（摩尔衡算）作业答案：
P1-11A 在一个连续流动的反应器中反应：
A
B
等温进行，计算当进料的摩尔流率为5mol/h, 假设反应速率-r A 为： （a ） -r A =k ， k=0.05mol/h.L 时 （b ） -r A =kC A ， k=0.0001s -1 时 （c ） -r A =kC A 2， k=3 L/mol.h 时
消耗99%的组分A （即C A =0.01C A0）时，对CSTR 和PFR 反应器需要的反应器体积。
进料的体积流量为10L/h 。[注意：F A =C A v 。当体积流量恒定时，v=v 0, 因此，F A =C A v 0。故C A0=F A0/v 0=（5 mol/h ）/(10L/h)=0.5mol/L 。] 解：
（a ）在CSTR 中，组分A 的摩尔平衡方程为：Ao A
A
F F V r -=
- 00.0110/0.5/0.990.99990.05/.--⨯=
===⨯=Ao A Ao A Ao C v C v C v C v vC L h mol L
V L k k k mol h L
对PFR ，组分Ａ的摩尔平衡方程为：A A dF
r dV
=
摩尔流率与体积流率之间的关系：A A F C v = 由于体积流率v 恒定，故有：
A A A dF dC v dC
v dV dV dV
== 对零级不可逆反应，反应速率可写为：A r k -= 将r A 代入方程得到：A
A dC v
r k dV
==- 整理得：A v
dC dV k
-=
反应器入口的条件：当V=0 时 C A =C A0
对上式子积分：0
A
A C V
A C v dC dV k -=⎰⎰
给出方程：0()A A v
V C C k
=
- 将C A0、C A 、v 和k 的数值代入方程，得：
(10.01)0.5/990.05/=
-⨯=⋅V mol L L mol h L
（b ）在CSTR 中，组分A 的摩尔平衡方程为：Ao A
A
F F V r -=
- 01
00.0110/999927500.010.00013600---=
===⨯=⨯⨯⨯Ao A Ao A A A C v C v C v C v v L h
V L kC k C k h
根据（a ）中PFR 的求解方法，得出一级不可逆反应的V 的表达式：0
ln A A
v C V k C = 将C A0、C A 、v 和k 的数值代入方程，得到：
110/1
ln 127.90.000136000.01-==⨯L h V L h
（c ）在CSTR 中，组分A 的摩尔平衡方程为：Ao A
A
F F V r -=
- 00022
000.0110/9900990066000(0.01)3/0.5/--=
===⨯=⨯⋅⨯A A A A A A A C v C v C v C v v L h
V L kC k C kC L mol h mol L
根据（a ）中PFR 的求解方法，得出二级不可逆反应的V 的表达式：0
11
()A A v V k C C =- 将C A0、C A 、v 和k 的数值代入方程，得到：
10/11()6603/0.50.010.5
=-=⋅⨯L h V L L mol h
第二章（转化率和反应器尺寸）作业答案：
在体积为2.5 m 3的理想BR 中进行液相反应：A B P +→，反应温度维持在75℃，实验测定反应速率方程为：A A B r k C C -=，32.7810/.-=⨯k l mol s ，004/==A B C C mol l ，
0684/min =A F mol
求：（1）反应器中A 的转化率达80%时所需的时间。
（2）上述反应在PFR 中进行，A 的转化率达80%时所需反应器体积。 （3）上述反应在CSTR 中进行，A 的转化率达80%时所需反应器体积。
（4）上述反应在两个串联的PFR 中进行，A 的转化率分别为50％和80%时所需反应器体积。
（5）上述反应在两个串联的CSTR 中进行，A 的转化率分别为50％和80%时所需反应器体积。 解：
由于A 和B 的初始浓度相同，而且反应过程二者的反应量相同，所以在整个反应过程
中C A ＝C B ，所以反应速率可表达为2
A A kC r =-
（1）由BR 设计方程可得反应所需的时间为：
)(7.359)8.01(41078.28
.0)1()1(3
022000200
s X kC X X KC dX C KC dX C r dX V
N
V r dX N t A
A A
A
X A
A A A A A A X A
A
A X A A A A A X A =-⨯⨯⨯=-=-==-=-=-⎰
⎰⎰
⎰
（2）由CSTR 的设计方程可得反应器的体积为：
002232
0(684/60)0.8
5125.9()(1) 2.781044(10.8)-⨯=
=
==--⨯⨯⨯⨯-A A
A A A
A A
F X F X V L r kC X （3）由PFR 的设计方程可得反应器的体积为：
002
223
0684/600.8
1025.2()(1)(1) 2.781044(10.8)-⨯=====---⨯⨯⨯⨯-⎰
⎰
A
A
X X A A A A A A A A A A A
dX F dX F X V F L r KC X KC X （4）由PFR 的设计方程可得当转化率为50％时反应器的体积为：
0.5
002
223
0.5684/600.5
256.3()(1)(10.5) 2.781044(10.5)-⨯=====---⨯⨯⨯⨯-⎰
⎰
A
X A A A A A A A A A dX F
dX F V F L r KC X KC 当转化率由50％到80％时所需反应器的体积为：
0.80.8
0002
2223
0.5
0.5
000.80.5684/600.80.5
()768.9()(1)(10.8)(10.5) 2.781044(10.8)(10.5)
-===-=-=----⨯⨯⨯--⎰
⎰
A A A A A A A A A A A dX F
dX F F V F L r KC X KC KC （5）由CSTR 的设计方程可得当转化率为50％时反应器的体积为：
002232
0(684/60)0.5
512.6()(1) 2.781044(10.5)-⨯=
=
==--⨯⨯⨯⨯-A A
A A A
A A
F X
F X V L r kC X 当转化率由50％到80％时所需反应器的体积为：
021
0212232
02()
()(0.6841000/60)(0.80.5)
1922()(1) 2.781044(10.8)
---⨯⨯-=
=
==--⨯⨯⨯⨯-A A A A A A A
A A F X X F X X V L r kC X