3-1 在反应体积为1m的间歇操作釜式反应器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生成丙二醇
3H2COCHCH3?H2O?H2COHCHOHCH3
?1h 该反应对环氧丙烷为一级，反应温度下的速率常数为0.98，原料液中环
氧丙烷的浓度为2.1kmol/m，环氧丙烷的最终转化率为90%。若辅助时间为0.65h，一天24h连续生产，试求丙二醇的日产量为多少？ 解 H2COCHCH33
?H2O?H2COHCHOHCH3
( A ) ( B )
一级反应
1CA01111t?ln?ln?ln?2.35h
kCAfk1?xAf0.981?0.9V1m313v0???m/h
t?t0(2.35?0.65)h3丙二醇日产量=24v0CA0xAf
1 =24??2.1?0.9?15.12kmol/天
3 MB?76kg/kmol
?76?15.12?1149.12kg/天
丙二醇日产量Q和B液体(cA0 3-2一个含有A
?0.10mol/L、cB0?0.04mol/L)
以体积流量2L/min流入容积VR=10L的全混流反应器，物料在最佳的条件下进行反应A→2B+C。已知由反应器流出的物料中含有A、B和C，
cAf?0.04mol/L。试求：在反应器内条件下，A、B和C的反应速率？
??解 空时
VR10L??5minv02L/min
CA0?CAfrAf
??(0.1?0.04)mol/L ?5minrAf?CA0?CAf??0.012mol/L?min
rBf?2rAf?0.024mol/(L?min)
?rAf?0.012mol/(L?min)A+B→R+S
rCf
3-3 一个液相反应： 其中，k1?7L/(mol?min)，k2?3L/(mol?min)。
反应是在一个容积为120L的稳态全混流反应器中进行的，两条加料线，一个保持2.8mol/L反应物A的加料浓度，另一个保持1.6mol/L反应物B的加料浓度，两条线分别以等体积速率进入反应器，要求指定组分转化率为75%。求每条线的加料流量？假设反应器内密度为常数。 解
A?B???R?S
k2cB0?cBfcB0cBfcB01???k 因B的浓度低，所以为指定组分，两条线混合后两组份的浓度各降一半，
因此，有：
xBf??1??75%
cBf?0.2mol/L
cAf?CA0?CB0XBf?1.4?0.8?0.75?0.8mol/L
因此，
A?B???R?S 出口
k2?0.8mol/L ?0.2mol/L
1???k初始 1.4 0.8 0 0 cAf反应掉 0.6 0.6 生成 0.6 0.6 cBfrBf?k1cAfcBf?k2cRfcSf?7?0.8?0.2?3?0.6?0.6?0.04mol/L?min
??cB0?cBfrBfVR0.8?0.2??15min
0.04120L??8L/min 总加料速率v0??15minv0'?4L/min 每条线加料流量v0?2
3-4 某液相二级反应
A+B→R+S，其速率常数
k?9.92m3/(kmol?ks)，在全混流反应器中进行，
cA0?cB0?2mol/L，要使出口A的转化率达0.875。求
30.278m/ks，求全混釜体积？ （1）在单个全混釜中进行，进料体积为
（2）当进料体积流量不变，用两个相等体积的釜串联，求全混釜总体积。
3v?0.278m/ks 解 1. 0 cAf?cA0(1?xAf)?0.25mol/L ，cBf?0.25mol/L
??cA0?cAfrAf?cA0xAfkcAfcBf2?0.875??2.823ks 29.92?0.253釜体积为 VR?v0??0.278?2.823?0.785m
VR 2. 两釜串联 VRi?2xA1xA2?xA1?1??2??2kcA0(1?xA1)kcA0(1?xA2)2?xA2?xAf?0.875
?xA1
?0.725
xA1?1??0.483ks2kcA0(1?xA1)VRi?v0?i?0.278?0.483?0.134VR?2VRi?2?0.134?0.268m3
因此，采用两个等体积釜相串联，反应器的总体积减小近3倍。
3-5 在等温全混流釜式反应器中进行下列液相反应：
3r?2c[kmol/(m?h)] A+R→P（目的） pA3r?0.5c[kmol/m?h] 2A→R RA
3c?c?2kmol/m A0 B0 试计算反应2h时A的转化率和产物P的收率？ 解 A+R→P（目的） rp 2A→R rR?2cA
?0.5cA
?1r?2r?r?3ck?3h A RpA ，
xAf11???0.143 k??13?2?12Sp??rA32Yp?SpxA??0.143?9.52%
3
3-6 图解设计一个四釜等体积串联釜式反应器，?A2mol/L，要求转化率为80%，rA总反应空时。 解 图解法公式
rp
?0，A
初始浓度为
?3cAmol/?L?min?，求每釜的空时?i和
r Ai?1?icAi?1?1?icAi，
式中左边为反应速率线，右边为釜间的操作线，两个釜有一个交点即为方程
的解，其垂直向下做横坐标的垂线垂点的浓度值就是该釜的出口浓度值。 rA?3cA ， xAf?80%，所以,出口浓度为C
Af
=0.4mol/L
以浓度CA为横坐标，以反应速率为纵坐标，在坐标上绘rA上方作直线与rA?3cA通过原点
的直线，当第一个釜入口为CA0=2mol/L时，以它为起点，以-1/τi为斜率向左
?3cA线相交于一点，用该点向下作垂线，求得第一釜的出口
浓度，再以该浓度为起点继续做平行第一条线的平行线，以此类推，要做出四条平行线，来调节平行线的斜率使第四釜的出口浓度正好等于CAf=0.4mol/L即为结束，然后在坐标上求得平行线的斜率值就为-1/τi，定出τi值，总空时为4τi。经画图求得斜率近为6，的空时为1/6min，总空时为2/3min。
注意：当相串联的反应釜体积不相等时，通过各釜的空时不等，直线的斜率就不等。
3-7 在等温操作下的间歇釜中进行某一级液相反应，13min后反应物转化了70%，若把此反应移到平推流反应器和全混流反应器中进行，达到相同的转化率所需的时空和空速为多少? 解 间歇釜
1cA0t?ln kcAf t=13min， cAf ，
?cA0(1?xAf)?0.30cA0
?1?k?0.093min ， rA?kcA
平推流
?
cA0??xA0dxArAcAf
dcA1cAf??????ln?13min
cA0kckcA0A 全混流
化学反应工程王承学课后答案第三章
