??cA0?cAfrAf?kcA0?1?xAf?cA0?cAf?25.09min
2r?kc3-8 在某一全混流反应器中进行均相液相反应A→R，AA，转化率
xA?0.50，其他值不变，
（1）若把反应器的体积增大到原来的6倍，转化率为多少?
（2）若反应在一个与其容积相同的平推流反应器中进行，转化率为多少？ 解 A→R ， rA2?kcA ， xAf?0.5
??cA0?cAfrAf??v0
?kc?1?xAf?2A0cA0xAf22?kcA0
VR''V?6V??6? （1） RR ，此时
?'?cA0?cAfrAfxAf212?6???kcA0kcA0(1?xAf)2kcA0
解得 xAf （2） VRm
?0.75?75%
?VRp ， ?m???cAf1dxA1?112???m?????dcA???2'?kc0cA0kcrAk?ccAAfA0A0??1 cAf?cA0 ， xAf?66.67%
3xA
3-9 在555K、0.3MPa的平推流管式反应器中进行A→P的气相反应。已知进料中含30%(摩尔分数)A，其余为惰性物料，A的加料流量为6.3mol/s，动力学方程为：rA?0.27cAmol/(m3?s)
为了达到95%的转化率，试求反应器的容积大小？
解 A→P（气相总摩尔数不变的反应） ，
rA?0.27cA(mol/m3?s)
平推流 xAf???cA0cAfdcA1cA0?lnrA0.27cAf
?0.95
1cA0???ln?11.09s
0.27cA0(1?xAf)
cA0pA0pyA0.3?106?0.3????19.5mol/m3 RTRT8.314?5556.33v??0.32m/s 019.53V??v?3.55m R 0
3-10一级气相反应2A?R?2S在平推流管式反应器中进行，当空速为
1min?1时，纯A进料的转化率为90%，求A的转化率为95%时，该反应器的单
位体积进料量。
解 2A?R?2S(气相等压变摩尔数反应) 其膨胀率为：
2?1?21? ?A?2 2利用一级等压变容公式： k?代入???(1??A)ln(1?xAf)??AxAf
?1min,?A?0.5,xAf?90%
k?1?解得 k?(1?0.5)ln(1?0.90)?0.5?0.90
?3min?1
同理
k?3min?1,?A?0.5,xAf2?95%
?1.34min
?2又?VR??vo??2v02 ?vo2?0.746vo
单位反应器体积进料量为v02/VR=1/τ2=0.746m3/m3
3-11 均相反应A→3R，服从二级反应动力学，在0.5MPa、623K和
v0?4m3/h纯A进料下，采用一内径为2.5cm、长2m的实验反应器能获得
3320m/h时，进料中含60%转化率。为设计工业规模的反应器，当处理量为
50%A和50%惰性物，同样在0.5MPa、623K下反应，要达到80%转化率，试问：
需内径2.5cm、长2m的管子多少根？
解 此题为二级等压变容反应过程
k?cA0??1??A?2xAf1?xAf2??AxAf?2?A?1??A?ln(1?xAf)
3?1?2 ， xA1?60% 一根管子时： ?A1?1
k?1cA012?1??A1?xA1???2x1?xA12A1A1?2?A1?1??A1?ln?1?xA1?
?1?2???0.6?22?0.6?2?2?3ln0.4
0.4 ?4.905。。。。。。 （1）
在进料含50%A和50%惰性物 ?A24?2??1 ， xA2?80%
2k?2cA022?1??A2?xA2???21?xA2A2A2x?2?A2?1??A2?ln?1?xA2?
?10.362。。。。。。。 (2)
cA01pA012?? cA02pA021?1cA01(1)?0.473。
， 。。。。。。。 (3)
?2cA02(2)VR1?? 1v01VR2nvR1??? ，2v02v0233v?4mh,v?320m/h ，且0102v02?(3)式得?2?0.437 ?n?338根，并联阻力小较好。
nv01
3-12该体系为间歇等温恒容过程，反应前后分子数没有变化，因此可用浓度来表达，根据Pi V=niRT关系，变为
Pi =CiRT。假设该反应为一级，将其积分关系式变为：
CA0PA0kt?ln?lnCAPA
以lnPA0/PAi 对反应时间ti作图可得一条直线，其斜率为：k=0.0278s-1 ,该一级
反应的动力学方程为：rA=0.0278CA
将该反应用于平推流反应器中，用类似的公式
CA0PA0k??ln?lnCAfPAf，可求出反应空时。
平推流反应条件为：初始分压PA0=0.1*0.8Mpa，转化率为0.95，PAf=PA0（1-xA）
=0.004 Mpa，
所以空时为1/0.0278*ln0.08/0.004=107.76s=1.8min， 反应器体积为: VR=τFA0/CA0,
FA0=100mol/h,
CA0=PA0/RT=0.08/(8.314 *373)=25.8mol/m3 所以，反应器体积为1.8*100*25.8=0.116 m3
3-13
一个平推流管式反应器，为：
A?R的一级可逆反应 其反应速率方程
rA?0.04cA?0.01cR，mol(L?min?1)
进料中含有cA0?0.1molL的A水溶液。求：
（1） 平衡转化率；
（2） 在反应器中的实际转化率。 解：该反应为一级可逆反应，恒容过程
（1） 平衡转化率
k?k?cA?? 当反应达平衡时
k?cAe 又?k
?0.04,k??0.01?cAe?0.2cA??0.02mol/L
?xAecA??cAe??80%
cA?在反应器中转化率：
（2）
?1mol(L?min)变为A浓度关系式，r?0.04c?0.01c将AAR，
即：
dCArA???0.04cA?0.01(CA0?CA)?0.05CA?0.001dt积分上式得：
0.05CA0?0.001VR2Ln()????
0.05CA?0.001v0v0
1VR2Ln()????整理上式有：1?1.25XAfv0v0XAf1?(1?e1.25?2v0
)，即出口转化率与进料速率有关，进料速率
增大转化率下降。当v0=2L/min时，转化率为0.506
3-14在一平推流反应器中进行下列反应：
k1k2A???R???S
反应均为一级反应，反应温度下，
化学反应工程王承学课后答案第三章
