例题

例题

例1 反应CH 2+HCl −→−CH 2=CHCl 由于乙炔价格高于氯化氢通常使用的原料混合其中是HCl 过量的，设其过量10%。若反应器出口气体中氯乙烯含量为90%（mol ），试分别计算乙炔的转化率和氯化氢的转化率。

解：已进入反应器的乙炔1mol 为基准，设反应掉的乙炔为Xmol,则 组分 反应器进口 反应器出口 C 2H 2 1 1-X CHl 1+0.1 1.1-X CH 2=CHCl 0 X 总计 2.1 2.1-X 由于反应器出口的氯乙烯的含量为90%，故有

X

X -1.2=0.9 X=0.9947mol 乙炔的转化率22H C X =

0.9947

1 =0.9947 氯化氢的转化率HCl X =

0.9947

1.1

=0.9643 反应程度ε=(1-x)-1-1 =(1.1-x)-1.1

1

=x=0.9947

例 2 在催化剂上进行乙烯氧化反应以生产环氧乙烷，进入催化反应器的气体组成为C 2H 4

15%，O 2 7%，CO 210%,Ar12%,其余为N 2。反应器出口气体中含乙烯13.1%、氧气4.8%。试计算乙烯的转化率，环氧乙烷收率和反应的选择性。

解：以100mol 进料为计算基准，设x 和y 分别表示环氧乙烷和二氧化碳的生成量，根

据进料组成和该反应系统的化学计量方程式

2C 2H 4+O 2−→−

2C 2H 4O C 2H 4+3O 2−→−

2CO 2+2H 2O 可列出下表 组分 反应器进口 反应器出口 C 2H 4 15 15-x-y

2

O 2 7 7-x 2 -3

2 y

C 2H 4O 0 x CO 2 10 10+y H 2O 0 y

Ar 12 12 N 2 56 56 总计 100 100-y

2

由于反应器出口气体中乙烯和氧的浓度已知，所以可列出下列两个方程

2

100215X y X -

-

-=0.131 2

1002327X Y

X -

-- =0.048

解上两个方程，得X=1.504mol Y=0.989mol

乙烯的转化量为：1.504+0.989

2 =1.999mol

所以，乙烯的转化率等于1.999

15 =0.1333

环氧乙烷的收率 1.504

15

=0.1003

收率=选择性×转化率 选择性=0.1003

0.1333

=0.7524

P45 例3.1 以少量硫酸为催化剂，在不同得反应器中进行乙酸和丁醇生产乙酸丁酯

CH 3COOH+C 4H 9OH −→−

K

CH 3COOC 4H 9+H 2O 反应在100℃等温进行，反应动力学方程

r A =KC A 2

K=17.4L/(kmol ﹒min)

下标A 代表乙酸其初始浓度C A0为0.00175kmol/L,每天生产乙酸丁酯2400kg,

若乙酸转化率50%，试分别计算在下列反应器中进行

（1） 间歇反应器，设每批操作的辅助时间为0.5h （2） 平推流反应器

（3） 全混流反应器的反应器体积

解：该反应为液相反应，物料密度变化很小，近似认为是恒容过程。首先由每天生产乙酸丁酯2400kg ，转化率为0.5，折算单位时间原料处理量

V 0= 116242400

⨯×10.5 ×10.00175

=985L/h

（1） 求间歇反应器体积

t=-)1(1)11(100200Af Af A A Af C C C C A

A

A A X X KC C C K KC dC r dC Af

A Af A -=-=-=⎰⎰

=

h 547.0min 8.32)

5.01(00175.04.175

.0==-⨯⨯

V R =V 0(t+t 0)=985(0.547+0.5)=1031L

（2） 求平流反应器体积

V=

=⎰

Af

X A

Af A r dX C V 0

0⎰

-Af

X Af A Af

A X KC dX C V 0

20

0)

1(

=

L X X C V V Af Af A 5395

.015.000175.04.1760985100=-⨯⨯=-⨯- (3)

求全混流反应器体积

V=V 0τ= L X KC X C V Af A Af

A 1078)

5.01(00175.04.175.060985

)1(2

22000=-⨯⨯⨯=- P76 例3.7 流化床反应器中，由于催化剂失活，需不断进行再生循环，固体催化剂克里不

断流进流出反应器，催化剂粒子在流化床中流动模型可以用全混流模型模拟。

催化剂活性R 与其年龄a 的关系为：R （a ）=e

-ka

,若催化剂流经流化床的平均

停留时间为τ，试确定反应器内催化剂的平均活性R 。

解：R =

⎰

∞

)()(da a I a R

)exp(1)](1[)(τ

τa a F V v a I -=-=

τ

τ

τk da e e

R a

ka

+=

=

-∞

-⎰

11

1

P80 例3.8 在一实际搅拌槽反应器中进行二级反应，以全混流和平推流反应器的串联组合

方式模拟。试分析计算将全混流反应器串联在前和后两种不同组合方法，反应

的转化率。设物料在全混流和平推流反应器中的空时分别为τs ,τp 均等于1min ，反应速率常数k 等于1m 3

/(kmol ·min),液相反应物的初始浓度C A0等于1kmol/m 3

。

解（1）全混流反应器串联在前

假设出全混流反应器的浓度为C A1， τs = (C 0-C A1)/kC 2

0112

1=-+A A C C C A1=0.618(kmol/m 3

) )1

1(11

A A p C C K -=

τ )/(328.01618

.01

13m kmol C A =+=

X A =61.8%

(2)平推流反应器串联在前