反应工程试卷2

一．一均相反应R A →，其动力学方程式为min ./)(l mol kC R A A =-，

其中1min 1-=k ，要求最终转化率%90=Af x 。若反应分别在等体

积的间歇反应器、平推流反应器和全混流反应器中在相同的条件下等温进行，已知间歇反应器的辅助时间为10min 。求：（1）这三种反应器生产强度之比值；（2）在间歇反应器中，生产强度最大时的最佳反应时间及此时的转化率。

解：（1）

1

.0:39.0:073.0)(:)(:)(1.0min 9)

1(:39.0min 3.2:073.0min 3.2)1ln(1)(:0

00000000

00000

00

000000=∴=====-=========+=+=+==-=-=⎰CSTR R PFR R BR R A r Af A r Af A Af A R Af A Af A r A r Af A r

Af A Af A R r A r Af A r Af A R R Af x A A A F F F C V x C V x C Q x F F x kC x C Q V CSTR C V x C V x C Q x F F Q V PFR C V t t x C V t t x n t t n F x k

-R dx C t BR Af ττττ

（2）

000000)1()(t t e C V t t x C V t t x n t t n F t A r Af A r Af A R R +-=+=+=+=-

926

.01min 6.20)10()1()10(120=-==⇒=+--+=+-=----t Af t t t

e x t t e t e dt dJ t t e J 令

二．一台全混流反应器，其反应体积为5m 3，拟在等温下进行下列液相反应：

h m kmol C r Q A h m kmol C r P B A A Q A P ./2.0(2./6.1(323=→=→+副反应）主反应）

每小时处理A 和B 的混合液体积为10m 3，其中30/2m

kmol C A =。求反应器出口处P 的总选择性及A 、P 、Q 的

浓度。

解： 3

03220002/8.010

56.15

4,/14.06.121054.06.1)(444.06.16.1)(2)(m kmol C C C R C Q V S m kmol C C C C C C C C R C C Q V C C C C R R S r r R P A P P P r P A A A A A

A A A A A A r A

A A A A P P Q

P A =⇒======⇒+-=∴+-=--==+=+=-=+=-ττ

320/1.010

52.0m kmol C C C R C Q V Q A Q Q Q r =⇒====τ 三．某二级不可逆液相反应A+B →P ，已知C A0 ＝C B0，在间歇反应器中达到x Af =0.99时，需反应时间10min 。问：

（1）在全混流釜式反应器中进行时，所需的空时为多少？

（2）在两个串联的全混流釜式反应器中进行，当第一釜的出口转化率达50％时，所需的总空时又为多少？

解：

min 1000)99.01(9.999.0)1()1(9

.9min

109910111)1(2220000

002200=-⨯=-==∴=⨯=-=-=⎰Af A Af

A A A Af A A x A A A A x kC x C kC kC x x kC x kC dX C t Af τmin 15.495)

99.01(5.099.0)5.01(5.0)2(2020=--+-=A A kC kC τ 四．现有一台2m 3的全混流反应器，进行液相一级不可逆反应：R A 2−→−，当处理量Q 0＝1m 3/h 时，出口转化率达80%。现在原反应器后串联一只反应器，反应温度相同。若为了使处理量增加一倍，则问：

（1）串联一只全混流反应器，总出口转化率仍为80％，该反应体积为多大？

（2）若串联一只2 m 3的活塞流反应器，总出口转化率可达多少？ 解：

955

.02)1ln()1()2(3/2)

1()

(3/2)1()1(2)

1()1()1(1'000'0231'02'0

11111'01100000

01=⇒=--=-==--==+=⇒-==-=∴-=--=⎰-Af A Af A x x A

A A A r Af A Af r r r A A A r Af r Af

Af Af Af A A Af A r x x x x k Q x kC dx C Q V m x k x x Q V Q kV kV x x k x Q V h x V x Q k x k x Q x kC x x C Q V Af A 五．在一等温平行反应

D A R A −→−−→− ，R 为目的产物，已知R 瞬时选择性S 和转化率A x 的关系为：2A A x x S 526.0-+=，当S ＝0.5时终止反

应。试计算：

（1）在PFR 中进行反应时R 的总收率

（2）在CSTR 中进行反应时R 的总收率

（3）在两个串联的CSTR 中进行，当第一釜的出口转化率为多少时，才能使总收率达到最大？此最大总收率为多少？

解：

2225

.0445.05.0)2(318.0)526.0()1(445.05.0526.0445.00445

.00=⨯==-+===⇒=-+=⎰

⎰Pf A 2A A A Pf Af 2Af Af Y dx x x Sdx Y x x

x S