《化学反应工程》课后习题答案

CA0 7.14mol / L; 试求下列方案的转化率。
解： （1）串联两个体积0.25m3的CSTR

VR V0

CA0 xA1 k CA21

CA0 (xA2 xA1) k CA2 2

0.25 7.14 103
35min
xA1 (1 xA1)2

xA2 xA1 (1 xA2 )2
3-7 已知： A P rA kCACP ; CP0 0 k 10 2 m3 /(kmol s); V0 0.002 m3 / s
CA0 2kmol / m3; 问xA 0.98时，
下列各种情况下的反应体积。
解： （1）单个PFR
根据
VR V0
CA0
xA dxA 0 rA
VR2 331 .63(s); V0
VR2 0.002 331 .63 0.66(m3)
习题3-8讲解
3-8 已知： A R
rA k1CA k2CR
x*A

2 3
;
xAf
1; 3
如何调节加料速率， 使xAf
1? 2
解： 当反应达到平衡转化率时
rA k1CA k2CR 0
k1 CR CA0 CA0 (1 x*A ) x*A 2 / 3 2
k2 CA
CA0 (1 x*A )
1 x*A 1 2 / 3
VR CA0 xAf CA0 xAf V0 (rA ) f k1CA k2CR

CA0 xAf

xAf
k1CA0 (1 xAf ) k2CA0 xAf k1(1 xAf ) k2 xAf
率达到0.5。

CA0
xA
dxA
0 k CA0 (1 xA )CA0 xA

1 k CA0
xA
dxA
0 (1 xA ) xA

被 积 函 数:
f
(x)

(1
1 xA )xA
是 关 于xA

0.5的 对 称 函 数;
原积分可改写为
VR 2 xA dxA 2 xA dxA
平推流
k11

ln
1 1 xA1
;
1 2;
全混流
k2 2

xA2 1 xA2
k k0eE / RT
k2 k1

k eE / RT2 0
k eE / RT1 0
xA2 / ln 1 1 xA2 1 xA1
1 1 8.314 ln[ 0.7 / ln 1 ] 423 T2 83.68 1000 1 0.7 1 0.6
4.35;
1 6.98; 1 xA2
1 1 4.35; 1 xA2 1 0.62
1 xA2 1 6.98 0.86
（3）一个0.25m3的PFR ，后接一个0.25m3的CSTR

VR V0
CA0
dx xA1
A
0 k CA21

CA0 (xA2 k CA21
1 1 8.314 0.9347 ; T2 441K 423 T2 83.68 1000
习题3-5解答
1 CA0 2 3.0 1.5mol / L;
CB0

1 2

2.0
1.0mol
/
L
CP0 CR0 0;
xAf
CB0 xBf CA0
1.0 0.8 0.533; xBf 1.5

0.1 (8 0.7 0.2 1.7 0.8 0.8) 1.5 0.533

0.004L
/
min
V01
V02

V0 2
0.5 0.004
2mL / min
习题3-6解答
已知： rA kCA2; k 17.4ml /(mol min) 0.75g / ml; V0 7.14 L / min;
习题3-1解答
解：根据CSTR基本方程
t cA0
xA dxA 0 (rA )
当cB0 / cA0 1时， (rA ) kcA20 (1 xA )2
t1
xA 0
dxA kcA0 (1 xA )2
1 k cA0
xA 0
d (1 xA ) (1 xA )2

1 k cA0
1 ln 5 xA 4kcA0 5(1 xA )
当xA 0.5时，
t2

1 4 0.615 0.307
ln
5 0.5 5 (1 0.5)

0.78(h)
当xA 0.9时，
1
5 0.9
t2 4 0.615 0.307 ln 5 (1 0.9) 2.79(h)
1

1
V0 kCA0 (1 xA1) 0.01 2 (1 0.85)
VR1 333 .33 V0 333 .33 0.002 0.67(m3 )
VR 2VR1 2 0.67 1.34(m3 )
VR2 (xA2 xA1)
(0.98 0.85)
V0 kCA0 (1 xA2 )xA2 0.01 2 (1 0.98) 0.98
1
VR V01

k1
2 3
3 k2
1 3

1 2k1 k2
;
1
VR
2
1
V02
k1
1 2

k2
1 2
k1 k2
V02 k1 k2 k1 / k2 1 2 1 1 V01 2k1 k2 2k1 / k2 1 4 1 3
V02

1 3
V01
加料速率减小到原来的1/3倍，可使转化
当xA 0.99时，
1
5 0.99
t2 4 0.615 0.307 ln 5 (1 0.99) 5.81(h)
分析：等当量配料，随转化率提高，反应时间迅速增长； 若采用过量组分配料，随转化率提高，反应时间增长放慢。
习题3-2解答
已知：A B C D; CA0 CB0 0.02mol / L
35kCA0
3517.4106 7.14103 4.35
4.35 9.7xA1 4.35 xA21 0; xA1 0.62
xA2 0.62 (1 xA2 )2

4.35
4.97 9.7xA2 4.35 xA22 0
xA2 0.80
（2）一个0.25m3的CSTR，后接一个0.25m3的PFR
V0 k cA0 0.5 (1 xA ) k 0.5 xA

2 k CA0
[ln
(1
x
A
xA
)
]0.98 0.5

2 3.892 0.01 2

389.2s
VR V0 0.002 389 .2 0.778 m3
（2）单个CSTR
根据 VR CA0 xAf
V0
V0
rA1
rA2
m 1
m2
CA0 xA1
CA0 (xA2 xA1)
kCA0 (1 xA1)CA0 xA1 kCA0 (1 xA2 )CA0 xA2
1 (xA2 xA1) ; (1 xA1) (1 xA2 )xA2
xA2 0.98 xA1 0.85
VR1
rA
VR
CA0 xAf
V0 kCA0 (1 xAf )[CA0 CA0 (1 xAf )]

1
2500(s)
0.01 2 (1 0.98)
VR 2500 V0 2500 0.002 5(m3 )
（3）两个CSTR串联
根据 VR CA0 xA1 CA0 (xA2 xA1)
k 5.6L /(min mol);
根据：t
xAf
kCA0 (1 xAf )
rA

k CACB

5.6C
2 A
当VR 1m3和23时： (反应时间与反应体积无关）
t
0.95
169.64(min)
5.6 0.02(1 0.95)
习题3-3解答
解： （1）PFR k ln 1

524 .70(h)
当cB0 / cA0 5时， (rA ) kcA20 (1 xA )(5 xA )
t2

1 k cA0
xA
dxA
0 (1 xA )(5 xA )
1 [ xA dxA xA dxA ]
4kcA0 0 (1 xA ) 0 (5 xA )
xA (1 xA )
当xA 0.5时，
1
0.5
t1 0.615 0.307 (1 0.5) 5.30(h)
当xA 0.9时，
t1

0.615
1
0.307

0.9 (1 0.9)

47.70(h)
当xA

0.99时，
t1

0.615
1 0.307

0.99 (1 0.99)
(1 xAfp )
（2）CSTR k xAfc
(1 xAfc )
（1） （2）
操作条件不变，等体积反应器，则
k xAfc ln 1 ln 1 2.303
(1 xAfc ) (1 xAfp ) (1 0.9)
xAfc

2.303 3.303
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0.697
习题3-4解答
0.8;
CA 1.5 (1 0.533) 0.7; CP CR CB0 xBf 1.0 0.8 0.8;
CB 1 (1 0.8) 0.2;
VR V0

CA0 xAf (rA ) f
;V0
VR (8CACB 1.7CPCR ) CA0 xAf
V0

VR V0
CA0 xA1 k CA21
CA0
xA2 dxA
k C xA1
2 A2

0.25 7.14 10
3
35 min
xA1 xA2 dxA 4.35;
(1 xA1)2 xA1 (1 xA2 )2
xA1 0.62

dx xA2
A
0.62 (1 xA2 )2
0 (1 xA1)2 xA1 (1 xA1)2
1 1 1 1 4.35
1 xA1
1 xA2 1 xA1
1 1 4.35; 1 xA1
1 5.35; 1 xA1
xA1 0.81;
1 5.35 4.35; 1 xA2
xA2
1
1 9.7

0.90
习题3-7讲解
5.16 9.7xA2 4.35 xA22 0
xA2 0.88
（4）两个0.25m3的PFR 串联

VR V0
CA0
dx xA1
A
0 k CA21
CA0
dx xA2
A
k C xA1
2 A2

0.25 7.14 10 3
35 min
xA1 dxA xA2 dxA 4.35
x A1 )

0.25 7.14 10 3

35
dx xA1
A
0 (1 xA1)2

(xA2 xA1) (1 xA2 )2
4.35
1 1 4.35; (1 xA1)
1 xA1 1 5.35 0.81
(xA2 0.81) 4.35; (1 xA2 )2