式中（A）--NH3,(B)—HCHO,反应速率方程为：
2rA?kCACBmol/l.s
3k?1.42?10exp(?3090/T)。氨水和甲醛水溶液的浓度分别为式中
4NH3?6HCHO?(CH2)6N4?6H2O
1.06mol/l和6.23mol/l,各自以1.50cm3/s的流量进入反应器，反应温度可取为36℃，假设该系统密度恒定，试求氨的转化率XA及反应器出口物料中氨和甲醛的浓度CA及CB。 解：
4.06?2.0326.32CB0??3.162Q0?2?1.5?3.0CA0?CA?CA0(1?XA)mol/lmol/lcm3/s6CB?CB0?CA0XA?3.16?1.5?2.03XA4k?1.42?103exp(?3090/309)?0.06447Vr?Q0CA0XAfkCAC2B?Q0CA0XAf6kCA0(1?XA)(CB0?CA0XA)24
3XAf
490?即得：
0.06447(1?XAf)(3.16?1.5?2.03XAf)2
整理得：
解得：XAf=0.821
反应器出口A,B得浓度分别为：
32XAf?3.075XAf?3.162XAf?1.077?0CA?CA0(1?XA)?2.03?(1?0.821)?0.3634mol/lmol/l
6CB?CB0?CA0XA?3.16?1.5?2.03?0.821?0.66024
3.12在一多釜串联系统，2.2kg/h的乙醇 和1.8kg.h的醋酸进行可逆反应。各个反应器的体积均为0.01m3，反应温度为100℃，酯化反应的速率常数为4.76×10-4l/mol.min,逆反应（酯的水解）的速率常数为1.63×10-4 l/mol.min。反应混合物的密度为864kg/m3,欲使醋酸的转化率达60%，求此串联系统釜的数目。 解：等体积的多釜串联系统
CAi?1?CAi??k1CACB?k2CCCD(A)
A,B,C,D分别代表乙酸，乙酸乙酯和水。由计量关系得：
CB?CB0?(CA0?CA)CC?CD?CA0?CA从已知条件计算出：
将上述数据代入（A）式，化简后得到：
2CAi?1?0.04056CAi?1.5113CAi?0.887(B)
20.04056CA1?1.5113CA1?0.887?CA0?6.48 若i=1,则（B）式变为：
1.8?864?6.48mol/l4.0?602.2?864CB0??10.33mol/l4.0?460.01?864?60???129.6min4.0 CA0?解之得：CA1?4.364解之得：CA2?3.20mol/l,XA1?0.326 mol/l,XA1?0.506
20.04056CA2?1.5113CA2?0.887?CA1?4.364 若i=2,则（B）式变为：
20.04056CA3?1.5113CA3?0.887?CA2?3.2 若i=3,则（B）式变为：
mol/l,XA1?0.609 解之得：CA3?2.53即：三釜串联能满足要求。
3.13以硫酸为催化剂，由醋酸和丁醇反应可制得醋酸丁酯。仓库里闲置着两台反应釜，一台的反应体积为3m3,另一台则为1m3。现拟将它们用来生产醋酸丁酯，初步决定采用等温连续操作，原料中醋酸的0.浓度为0.15kmol/m3，丁酯则大量过剩，该反应对醋酸为2级，在反应温度下反应速率常数等于1.2m3/h.kmol，要求醋酸的最终转化率不小于50%，这两台反应釜可视为全混反应器，你认为采用怎样的串联方式醋酸丁酯的产量最大？为什么？试计算你所选用的方案得到的醋酸丁酯产量。如果进行的反应是一级反应，这两台反应器的串联方式又应如何？
解：因为反应级数大于1，所以联立方式应当是小釜在前，大釜在后才能使醋酸丁酯产量最大。现进行计算：
CA0XA1Vr11??22Q0kCA(1?X)Q00A1Vr2CA0(XA2?XA1)3??22Q0kCA0(1?XA2)Q0
二式联立化简后得到：（将XA2=0.5代入） 解之得：XA1=0.223
230.5?2.75XA1?2.5XA?X1A1?0
kCA0(1?XA1)21.2?0.15(1?0.223)2?1Q0?Vr1??0.4873m3/hXA10.223
mol/h 醋酸丁酯产量=Q0CA0XA2?0.4873?0.15?0.5?36.55如果进行的是一级反应，可进行如下计算：
（1） （1） 小反应器在前，大反应器在后:
CA0XA1Vr11??Q0kCA0(1?XA1)Q0Vr2CA0(XA2?XA1)3??Q0kCA0(1?XA2)Q0
联立二式，且将XA2=0.5代入，化简后得到: 解得：XA1=0.1771
2XA1?3XA1?0.5?0
Q0?所以有：
k(1?XA1)1.2(1?0.1771)??5.576XA10.1771m3/h
醋酸丁酯产量=Q0CA0XA2?5.576?0.15?0.5?0.4182(2)大反应器在前，小反应器在后:
kmol/h
CA0xA1Vr13??Q0kCA0(1?xA1)Q0Vr2CA0(xA2?xA1)1??Q0kCA0(1?xA2)Q0
解得XA1=0.3924
3k(1?XA1)3?1.2(1?0.3924)Q0???5.575XA10.3924所以有：
产量同前。说明对此一级反应，连接方式没有影响。
m3/h
3.14等温下进行1.5级液相不可逆反应：A?B?C。反应速率常数等于5m1.5/kmol1.5.h，A的浓度为2kmol/m3的溶液进入反应装置的流量为1.5m3/h，试分别计算下列情况下A的转化率达95%时所需的反应体积：（1）全混流反应器;(2)两个等体积的全混流反应器串联；（3）保证总反应体积最小的前提下，两个全混流反应器串联。 解：（1）全混流反应器
Vr?Q0CA0XA1.5?2?0.95??18.021.51.51.51.5kCA0(1?XA)5?2?(1?0.95)m3
（2） （2） 两个等体积全混流反应器串联
Vr1?Q0CA0XA11.5kC1.5(1?X)A0A1Q0CA0(XA2?XA1)Vr2?1.5kC1.5(1?X)A0A2
由于Vr1?Vr2，所以由上二式得： XA1(XA2?XA1)?1.5(1?XA1)(1?XA2)1.5
将XA2=0.95代入上式，化简后得到XA1=0.8245，所以：
Vr1?Q0CA0XA1?2.3791.51.5kCA0(1?XA1)m3
串联系统总体积为：Vr?2Vr1?4.758
m3
m3
（3） （3） 此时的情况同（1），即Vr?18.033.15原料以0.5m3/min的流量连续通入反应体积为20m3的全混流反应器，进行液相反应：
A?R2R?DrA?k1CA2rD?k2CR
CA,CR为组分A及R的浓度。rA为组分A的转化速率，rD为D的生成速率。原料中A的浓度等于0.1kmol/m3，反应温度下，k1=0.1min-1，k2=1.25m3/kmol.min,试计算反应器出口处A的转化率及R的收率。
解：
??Vr2.0??40minQ00.5所以：
CA0XAXA???k1CA0(1?XA)0.1(1?XA)
XA?0.80,CA?CA0(1?XA)?0.02kmol/m3??即为：
CR?402k1CA?2k2CR
2100CA?CR?0.08?0CR?0.02372kmol/m3CR0.02372YR???0.2372CA00.1
3.16在全混流反应器中等温进行下列液相反应：
2A?Bk3A?C???D2rB?k1CA?k2CB进料速率为360l/h,其中含25%A,5%C（均按质量百分率计算），料液密度等于
3
0.69g/c m。若出料中A的转化率为92%，试计算： （1） （1） 所需的反应体积；
（2） （2） B及D的收率。已知操作温度下，k1=6.85×10-5l/mol.s; k2=1.296×10-9s-1;; k3=1.173×10-5l/mol.s ;B的分子量为140；D的分子量为140。
解：因MB=MD=140,所以MA=MC=70
rD?k3CACC
FA0?CA0?FC0?CA0?Q0?WA360?0.69?0.25??0.8871kmol/hMA70FA00.8871?1000??2.46mol/lQ0360Q0?WC360?0.69?0.05??0.1774kmol/hMC700.1774?1000?0.4929mol/l360 CA0XA??22(k1CA?k2CB)?k3CACC （1）
CB??2k1CA?k2CB （2） C?CC??C0k3CACC （3）
由（2），（3）式分别得：
2k1?CACB?1?k2? （4） CC0CC?1?k3?CA （5）
将（4），（5）式及上述数据代入（1）式，可整理为τ的代数方程式，解之得τ
5
=3.831×10s=106.4h
3V??Q?106.4?360?38300l?38.30mr0（1） （1） 反应体积
（2） （2） 将τ代入（4）式得CB?1.016mol/l，所以B的收率为：
2CB2?1.016??82.60ê02.46
对A作物料衡算：CA0?CA?2CB?CD
YB?所以有：
化学反应工程第三章答案
