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化学反应工程第三章答案

3 釜式反应器

3.1在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：

325325+→+CH COOC H NaOH CH COONa C H OH

该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l ，反应速率常数等于5.6l/mol.min 。要求最终转化率达到95%。试问：

（1）（1）当反应器的反应体积为1m 3时，需要多长的反应时间？

（2）（2）若反应器的反应体积为2m 3，，所需的反应时间又是多少？解

：

（1）

002220

00001()(1)110.95169.6min(2.83)

5.60.0210.95

===?---=

?=?-??Af

Af X X A A A

A A A A A A

A A dX dX X t C C R k C X kC X h

(2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为2.83h 。

3.2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：

223222+→++CH ClCH OH NaHCO CH OHCH OH NaCl CO

以生产乙二醇，产量为20㎏/h ，使用15%（重量）的NaHCO 3水溶液及30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1，混合液的比重为1.02。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于5.2l/mol.h ，要求转化率达到95%。

（1）（1）若辅助时间为0.5h ，试计算反应器的有效体积；（2）（2）若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。

解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为80.5,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62=0.3226 kmol/h

每小时需氯乙醇：0.326680.5

91.11/0.9530%?=?kg h

每小时需碳酸氢钠：0.326684

190.2/0.9515%?=?kg h

原料体积流量：091.11190.2

275.8/1.02+==Q l h

氯乙醇初始浓度：00.32661000

1.231/0.95275.8?=

=?A C mol l

反应时间：

02000110.95

2.968(1) 5.2 1.23110.95===?=-?-??Af

Af X X A A A A B A A dX dX t C h kC C kC X 反应体积：0(')275.8(2.9680.5)956.5=+=?+=r V Q t t l

（2）（2）反应器的实际体积：956.5

12750.75===r V V l

3.3丙酸钠与盐酸的反应：

2525+?+C H COONa HCl C H COOH NaCl

为二级可逆反应（对丙酸钠和盐酸均为一级），在实验室中用间歇反应器于50℃等温下进行该反应的实验。反应开始时两反应物的摩尔比为1，为了确定反应进行的程度，在不同的反应时间下取出10ml 反应液用0.515N 的NaOH 溶液滴定，以确定未反应盐酸浓度。不同反应时间下，NaOH 溶液用量如下表所示：

现拟用与实验室反应条件相同的间歇反应器生产丙酸，产量为500kg/h ，且丙酸钠的转化率要达到平衡转化率的90%。试计算反应器的反应体积。假定

（1）原料装入以及加热至反应温度（50℃）所需的时间为20min ，且在加热过程中不进行反应；（2）卸料及清洗时间为10min ；（3）反应过程中反应物密度恒定。

解：用A,B,R,S 分别表示反应方程式中的四种物质，利用当量关系可求出任一时刻盐酸的浓度（也就是丙酸钠的浓度，因为其计量比和投量比均为1：1）为：

0.515

/10==

?A B NaOH C C V mol l

于是可求出A 的平衡转化率：

00052.510.5

0.8

52.5

90%0.890%0.720.515

(1)52.5(10.72)0.051514.7/10--=

===?=?==-=

??-=?A Ae Ae A A Ae A A A C C X C X X C C X mol l

现以丙酸浓度对时间作图：

由上图，当C A =0.0515×14.7mol/l 时，所对应的反应时间为48min 。由于在同样条件下，间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以该生产规模反应器的反应时间也是48min 。

丙酸的产量为：500kg/h=112.6mol/min 。所需丙酸钠的量为:112.6/0.72=156.4mol/min 。

原料处理量为：000/156.4/(0.051552.5)57.84/min ==+=A A Q F C l 反应器体积：00()57.84(182010)4512=+=?++=r V Q t t l 实际反应体积：4512/0.85640=l

3.4在间歇反应器中，在绝热条件下进行液相反应：

+→A B R

其反应速率方程为：14

3110001.110exp()/.=?-A A B r C C kmol m h

式中组分A 及B 的浓度C A 及C B 以kmol/m 3为单位，温度T 的单位为K 。

该反应的热效应等于-4000kJ/kmol 。反应开始时溶液不含R ，组分A 和B 的浓度均等于0.04kmol/m 3，反应混合物的平均热容按4.102kJ/m 3.K 计算。反应开始时反应混合物的温度为50℃。

（1）（1）试计算A 的转化率达85%时所需的反应时间及此时的反应温度。

（2）（2）如果要求全部反应物都转化为产物R ，是否可能？为什么？解：(1)

[]0000

0.04(4000)()

()32332339.014.102?---?=+-=+=+A r A A A A

F C H T T X X X X C

000001422

0()91.32110001.110exp()(1)32339.01==-==?--+???

Af Af X X A

A A A A A B

A A A

dX dX t C C R kC C dX C h

C X X

（由数值积分得出）

32339.010.85356.2=+?=T K

(2)若A 全部转化为R,即X A =1.0,则由上面的积分式知，t →∝,这显然是不可能的。

3.5在间歇反应器中进行液相反应：

12+→=+→=A A B D C B A B C r k C C C B D

r k C C

A 的初始浓度为0.1kmol/m 3,C ，D 的初始浓度为零，

B 过量，反应时间为t 1时，

C A =0.055kmol/m 3，C C =0.038 kmol/m 3，而反应时间为t 2时，C A =0.01 kmol/m 3，C C =0.042kmol/m 3，试求：

（1） k 2/k 1;

（2）产物C 的最大浓度；

（3）对应C 的最大浓度时A 的转化率。解：(1)因为B 过量，所以：

''''

1212,,===-=-A A D C C A D A C r k C r k C r r r k C k C

恒容时：

=A A dC k C dt （A ）

''12-=-C A C

dC k C k C dt (B)

（B ）式除以（A ）式得：

'2'11-=-C C A A dC k C dC k C

解此微分方程得：

10'200'1

1??????

=- ???

????-??k k A A A C A A C C C C k C C k （C ）

将t 1,C A ,C C 及t 2,C A ,C C 数据代入（C ）式化简得：

0.420.550.380.10.420.550.380.1?-?=?-?x x

解之得：

'22'110.525===

k k x k k

(2)先求出最大转化率:

111

1,max

1()0.7425

-=-=k k A k X k

(3)产物C 的最大收率：

()()2

1,max

1110.4905

?=---=????-k k C A A Y X X k k

产物C 的最大浓度：

,max 0,max 0.10.49050.0491/==?=C A C C C Y kmol m

3.6 在等温间歇反应器中进行液相反应

123?←?→??→k k A A A

初始的反应物料中不含A 2和A 3，A 1的浓度为2mol/l ，在反应温度下k 1=4.0min -1,k 2=3.6min -1,k 3=1.5min -1。试求:

（1）（1）反应时间为1.0min 时，反应物系的组成。（2）（2）反应时间无限延长时，反应物系的组成。

（3）（3）将上述反应改为31

23??→?←?→k k A A A 反应时间无限延长时，反应物系的组成。

解：根据题中给的两种反应情况，可分别列出微分方程，然后进行求解。但仔细分析这两种情况，其实质是下述反应的特例：

12123←?→←?→k k A A A (A)

当'20=k 时，（A ）式变为123?→A A A (B) 当'10=k 时，（A ）式变为123→?A A A (C) 当''120,0==k k 时，（A ）式变为123→→A A A (D)

其中式（D ）即为书讲的一级不可逆连串反应。可见只要得到（A ）式的解，则可容易化简得到（B ）,(C)及(D)式的解。

对于(A)式，可列出如下微分方程组：

'11111

-=-dC k C k C dt (1) ''211231222=+--dC k C k C k C k C dt (2) '

32223

=-dC k C k C dt (3)

由题意知初始条件为：

11023(0),(0)(0)0===C C C C (4)

联立求解此微分方程组可得：

'''''21112211011()()()()????++??

=+-??

??-++??????t t k k k k k e k e C C k k αβαβαβαβααββ (5) '''

22210()()????++??

=+-????-??????t t k k k k e k e C C αβαβαβαβ

αβ (6)

1212

310??????

=+-????-??????t t k k

k k e e C C αβαβαβ

αβ (7)

式中，,αβ由如下式确定：

'''

121221=++k k k k k k αβ (8) ''1122()+=-+++k k k k αβ (9)

现在可用上述结果对本题进行计算：

（1）

1'11'

11224.0min , 3.6min , 1.5min ,0,1min ---=====k k k k t 由（5）～（9）式得

1230.5592/0.5098/0.931/===A A A C mol l C mol l C mol l

（2）当t →∝时，由（5）～（9）式得

1230

2.0/==→A A A C C C mol l

（3）此时为'10=k 的情况，当t →∝时，由1

1 4.0min ,-=k 1'

1221.5min , 3.6min --==k k 得：

1230

1.412/0.588/===A A A C C mol l C mol l

3.7拟设计一反应装置等温进行下列液相反应：

222+→=+→=R A B S A B A B R r k C C A B S

r k C C

目的产物为R ，B 的价格远较A 贵且不易回收，试问：

（1）（1）如何选择原料配比？

（2）（2）若采用多段全混流反应器串联，何种加料方式最好？（3）（3）若用半间歇反应器，加料方式又如何？

解：（1）

122

21211221===++A R A B A

B A A B A B B r k

C C S k C R k C C k C C k C νν

由上式知，欲使S 增加，需使C A 低，C B 高，但由于B 的价格高且不易回收，故应按主反应的计量比投料为好。

（2）保证C A 低，C B 高，故可用下图所示的多釜串联方式：

（3）用半间歇反应器，若欲使C A 低，C B 高，可以将B 一次先加入反应器，然后滴加A.

3.8在一个体积为300l 的反应器中86℃等温下将浓度为3.2kmol/m 3的过氧化氢异丙苯溶液分解：

65323365()→+C H C CH COH CH COCH C H OH

生产苯酚和丙酮。该反应为一级反应，反应温度下反应速率常数等于0.08s -1,最终转化率达98.9%，试计算苯酚的产量。

（1）（1）如果这个反应器是间歇操作反应器，并设辅助操作时间为15min;

（2）（2）如果是全混流反应器；（3）（3）试比较上二问的计算结果；

（4）（4）若过氧化氢异丙苯浓度增加一倍，其他条件不变，结果怎样？解：（1）

000

00000011

()(1)111

ln 56.370.94min 0.810.989

()(0.9415)300===---===-=+=+=?

?Af

Af X X A A A A A A A A A

r dX dX t C C R k C X k X s V Q t t Q l

0300/15.9418.82/min ==Q l

苯酚浓度0 3.20.989 3.165/==?=苯酚A A C C X mol l

苯酚产量018.82 3.16559.56/min 335.9/=?==苯酚

Q C mol kg h

（2）全混流反应器

00000(1)(1)

(1)

3000.08(10.989)0.2669/16.02/min

0.989==

---?-=

===A Af Af r A Af Af r Af Af

Q C X Q X V kC X k X V k X Q l s l X

苯酚产量016.02 3.20.98950.69/min 285.9/=??==苯酚Q C mol kg h

（3）说明全混釜的产量小于间歇釜的产量，这是由于全混釜中反应物浓度低，反应速度慢的原因。

（4）由于该反应为一级反应，由上述计算可知，无论是间歇反应器或全混流反应器，其原料处理量不变，但由于C AB 增加一倍，故C 苯酚

也增加一倍，故

上述两个反应器中苯酚的产量均增加一倍。

3.9在间歇反应器中等温进行下列液相反应：

3231.6/.28.2/.+→=→=R A D A A B R r C kmol m h

A D

r C kmol m h

r D 及r R 分别为产物D 及R 的生成速率。反应用的原料为A 及B 的混合液，其中A 的浓度等于2kmol/m 3。

（1）计算A 的转化率达95%时所需的反应时间；（2） A 的转化率为95%时，R 的收率是多少？

（3）若反应温度不变，要求D 的收率达70%，能否办到？（4）改用全混反应器操作，反应温度与原料组成均不改变，保持空时与（1）的反应时间相同，A 的转化率是否可达到95%？

（5）在全混反应器中操作时，A 的转化率如仍要求达到95%，其它条件不变，R 的收率是多少？

（6）若采用半间歇操作，B 先放入反应器内，开始反应时A 按（1）计算的时间均速加入反应器内。假如B 的量为1m 3，A 为0.4m 3，试计

算A 加完时，组分A 所能达到的转化率及R 的收率。解：（1）第二章2.9题已求出t=0.396h=24.23min (2)

2300.1

0.12

0 1.61

(

)/() 1.616.4110.25(1)2(10.95)0.1/11ln(110.25)110.2510.25

0.2305/0.2305

0.11532

-=-===++=-=-==-=-=++==

==?

A R A R A R A A A A

A A A C R R A A C A R R A dC dC dC C S dt dt dC C C C C C X kmol m C S dC C C kmol m C Y C

(3)若转化率仍为0.95，且温度为常数，则D 的瞬时选择性为：

28.232.8(1)1.616.434.432.8?-==

+-A A D A A C X S C X

D 的收率：

0.95

32.8(1)

0.8348

0.7

34.432.8-===-?

X A D D A A A

X Y S dX dX X

这说明能使D 的收率达到70%

（4）对全混流反应器，若使τ=t=0.3958h,则有

0.3958 1.616.4-=

+A A

A A

C C C C

解之得：C A =0.4433 所以：00

0.77840.95

-==A A

A A C C X C

这说明在这种情况下转化率达不到95%。

（5）（5）对全混流反应器，若X=0.95,则R 的收率为：

00.95

0.4691

110.25(1)

110.252(10.95)==

=+-+?-Af

R Af A Af X Y SX C X

（6）依题意知半间歇式反应器属于连续加料而间歇出料的情况。为了求分组A 的转化率及R 的收率，需要求出A 及R 的浓度随时间的变化关系，现列出

如下的微分方程组：

对A: 2

()(1.616.4)++=A A A A d VC C C V Q C dt （1）

对R:

()

1.60-=R A d VC C V dt （2）

00=+V V Q t （3）

301=V m

在反应时间（t=0.4038h,为方便起见取t ≈0.4h ）内将0.4 m 3的A 均速

加入反应器内，故

300.4

1/0.4=

=Q m h

采用间歇釜操作时，原料为A 与B 的混合物，A 的浓度为2kmol/ m 3.现采

用半间歇釜操作，且331,0.4==B A V m V m ，故可算出原料A 的浓度为：

0(10.4)2

/0.4+?=

A C kmol m

由于：

0()()=+=+=A A

A R R

R d VC dV dC C V dt dt dt d VC dV dC C V dt dt dt dV

Q dt

代入（1），（2）式则得如下一阶非线性微分方程组：

7 1.616.41-=--+A A A A dC C C C dt t （4） 1.61=-+R R A dC C

C dt t （5）

初始条件：t=0,C A =0,C R =0

可用龙格---库塔法进行数值求解。取步长△t=0.02h ，直至求至t=0.4h 即可。用t=0.4h 时的C A 和C R 可以进行A 的转化率和R 的收率计算：

0000--=

A A A A A A A A A

N N C V C V

X N C V

式中V A 为所加入的A 的体积，且V A =0.4m 3;C A0为所加入的A 的浓度，且C A0=7kmol/m 3；V 为反应结束时物系的体积，V=1.4m 3。

同理可以计算出R 的收率：

R R A A C V

Y C V

3.10在两个全混流反应器串联的系统中等温进行液相反应：

33268/.14/.→=→=A A R B A B r C kmol m h

B R

r C kmol m h

加料中组分A 的浓度为0.2kmol/m 3,流量为4m 3/h,要求A 的最终转化率

为90%，试问：

（1）（1）总反应体积的最小值是多少？（2）（2）此时目的产物B 的收率是多少？

（3）（3）如优化目标函数改为B 的收率最大，最终转化率为多少？此时总反应体积最小值是多少？解：（1）

0010021122222

101202()

(1)(1)-=+=

+--A A A A A r r r A A A A Q C X Q C X X V V V k C X k C X

对上式求dV r /dX A1=0可得：12

1211

01(1)+-=--A A A X X X 将X A2=0.9代入上式，则

11100(1)1-=+A A X X 解之得X A1=0.741 所以总反应体积的最小值为

122240.7410.90.741 3.249 4.6767.925680.2(10.741)(10.9)??-=+=

+=+=???--??r r r V V V m

(2)

1021111

1011013414(1)0.0518

34140.0912314=-=-==-=--==

B A B

A A Af

B A B B B B r B R

C C C C X R C C C C C V Q R τ

即1

13.2494

0.0912314=

-B B C C 解得C B1=0.005992 kmol/m 3

同理

21222222

0224.6760.005992

4341434(1)14--=

==---B B B A B A A B C C C C C C X C τ 解得C B2=0.00126 kmol/m 3

B 的收率：

2020.00126

1.26%0.2?===B B A C Y C

(3)目标函数改为B 的收率，这时的计算步骤如下：对于第i 个釜，组分A,B 的衡算方程分别为：

对A: 12

68--=Ai Ai

Ai C C C τ 对B: 1

3414--=-Bi Bi i

Ai Bi C C C C τ

当i=1时，

121

68-=A A A C C C τ （1） 1

3414=-B A B C C C τ （2）

当i=2时，

222

68-=A A A C C C τ （3）

3414=-B A B C C C τ （4）

由（1）式解出C A1代入（2）式可解出C B1; 由（1）式解出C A1代入（3）式可解出C A2;将C B1及C A2代入（4）式可解出C B2,其为τ1,τ2的函数，即

2012(,,)=B A C f C ττ （5）

式中C A0为常数。由题意，欲使C B2最大，则需对上述二元函数求极值:

2212

0,0??==??B B C C

ττ

联立上述两个方程可以求出τ1及τ2。题中已给出Q 0,故由

012()=+r V Q ττ可求出C B2最大时反应器系统的总体积。将τ1,τ2代入（5）

式即可求出B 的最高浓度，从而可进一步求出Y BmaX .将τ1,τ2代入C A2，则由X A2=(C A0-C A2)/C A0可求出最终转化率。

3.11在反应体积为490cm 3的CSTR 中进行氨与甲醛生成乌洛托品的反应：3264246()6+→+NH HCHO CH N H O

式中（A ）--NH 3,(B)—HCHO,反应速率方程为：

/.=A A B r kC C mol l s

式中

1.4210exp(3090/)=?-k T 。氨水和甲醛水溶液的浓度分别为1.06mol/l 和6.23mol/l,各自以1.50cm 3/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X A 及反应器出口物料中氨和甲醛的浓度C A 及C B 。

解：

0030000300002

0004.06

2.03/26.32

3.16

2 1.5 3.0/(1)

3.16 1.5 2.034

1.4210exp(3090/309)0.06447

6(1)()4=

====?==-=-=-?=?-===--A B A A A B B A A A

A Af A Af

r A B

A A

B A A

C mol l C mol l Q cm s

C C X C C C X X k Q C X Q C X V kC C kC X C C X 即得：2

34900.06447(1)(3.16 1.5 2.03)=--?Af

Af Af X X X

整理得：

323.075 3.162 1.0770

-+-=Af Af Af X X X

解得：X Af =0.821

反应器出口A,B 得浓度分别为：

000(1) 2.03(10.821)0.3634

3.16 1.5 2.030.8210.6602

=-=?-==-=-??=A A A B B A A C C X mol l

C C C X mol l

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0.01m 3，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/m 3,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

112()

--=

-Ai Ai

A B C D

C C A k C C k C C τ

A,B,C,D 分别代表乙酸，乙酸乙酯和水。由计量关系得：

000()=--==-B B A A C D A A

C C C C C C C C

从已知条件计算出：

00 1.8864

6.48/4.0602.286410.33/4.0460.0186460129.6min

4.0?=

=??==???==A B C mol l

C mol l

将上述数据代入（A ）式，化简后得到：

10.04056 1.51130.887()-=+-Ai Ai Ai C C C B

若i=1,则（B ）式变为：

1100.04056 1.51130.887 6.48+-==A A A C C C 解之得：114.364/,0.326==A A C mol l X

若i=2,则（B ）式变为：

22210.04056 1.51130.887 4.364+-==A A A C C C 解之得：213.20/,0.506==A A C mol l X

若i=3,则（B ）式变为：

23320.04056 1.51130.887 3.2+-==A A A C C C 解之得：312.53/,0.609==A A C mol l X

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3m 3,另一台则为1m 3。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/m 3，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1.2m 3/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：

01122001002122200201(1)()3

(1)==--==-A A r A A A A A r A A C X V Q kC X Q C X X V Q kC X Q

二式联立化简后得到：（将X A2=0.5代入） 231110.5 2.75 2.50-+-=A A A X X X

解之得：X A1=0.223

22301011(1) 1.20.15(10.223)10.4873/0.223-?-?===A A r A kC X Q V m h

醋酸丁酯产量=0020.48730.150.536.55

/=??=A A Q C X mol h 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:

0110010021200201

(1)()3

(1)==--==-A A r A A A A A r A A C X V Q kC X Q C X X V Q kC X Q

联立二式，且将X A2=0.5代入，化简后得到: 21130.50-+=A A X X

解得：X A1=0.1771

所以有：

3101(1) 1.2(10.1771)

5.576

/0.1771

--=

==A A k X Q m h

醋酸丁酯产量=002 5.5760.150.50.4182/=??=A A Q C X kmol h

(2)大反应器在前，小反应器在后:

0110010021200203

(1)()1

(1)==--==-A A r A A A A A r A A C x V Q kC x Q C x x V Q kC x Q

解得X A1=0.3924

所以有：

31013(1)3 1.2(10.3924)

5.575

/0.3924

-?-=

==A A k X Q m h

产量同前。说明对此一级反应，连接方式没有影响。

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5m 1.5/kmol 1.5.h ，A 的浓度为2kmol/m 3的溶液进入反应装置的流量为1.5m 3/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

001.5 1.5 1.5 1.5

0 1.520.95

18.02(1)52(10.95)

??=

==-??-A A r A A Q C X V m kC X

（2）（2）两个等体积全混流反应器串联

001

1 1.5 1.5

00212 1.5 1.5

02(1)()(1)=

--=-A A r A A A A A r A A Q C X V kC X Q C X X V kC X

由于12=r r V V ，所以由上二式得：

1211.5 1.512()

(1)(1)-=

--A A A A A X X X X X 将X A2=0.95代入上式，化简后得到X A1=0.8245，所以：

001

1 1.5 1.5

01 2.379(1)

=-A A r A A Q C X V m kC X

串联系统总体积为：312 4.758

==r r V V m

（3）（3）此时的情况同（1），即318.03

=r V m

3.15原料以0.5m 3/min 的流量连续通入反应体积为20m 3的全混流反应器，进行液相反应：

22→=→=A A

D R

A R r k C R D

r k C

C A ,C R 为组分A 及R 的浓度。r A 为组分A 的转化速率，r

D 为D 的生成速率。原料中A 的浓度等于0.1kmol/m 3，反应温度下，k 1=0.1min -1，

k 2=1.25m 3/kmol.min,试计算反应器出口处A 的转化率及R 的收率。

解：

00102.040min 0.5

(1)0.1(1)====

--r A A A

A A A V Q C X X k C X X ττ

所以：

120.80,(1)0.02/402==-==

=-A A A A R

A R

X C C X kmol m C k C k C τ

即为：

01000.080

0.02372/0.023720.2372

0.1+-=====A R R R R A C C C kmol m C Y C

3.16在全混流反应器中等温进行下列液相反应：

1232?=-+??→=B A B

k D A C A B

r k C k C A C D

r k C C

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0.69g/c m 3。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，k 1=6.85×10-5l/mol.s;

k 2=1.296×10-9s -1;; k 3=1.173×10-5l/mol.s ;B 的分子量为140；D 的分子量为140。

解：因M B =M D =140,所以M A =M C =70

000000003600.690.25

0.8871/700.88711000 2.46/360

3600.690.050.1774/70

0.17741000

0.4929/360??===?=

==??===?=

=A A A A A C C C A Q W F kmol h M F C mol l Q Q W F kmol h

M C mol l

ρρ 02

1232()=-+A A

A B A C C X k C k C k C C τ （1） 2

12=-B A B C k C k C τ （2） 03-=

C C A C C C k C C τ （3）

由（2），（3）式分别得：

121=

B k

C C k ττ （4）

31=

+C C A C C k C τ （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=3.831×105s=106.4h

（1）（

）

反应体积

30106.43603830038.30==?==r V Q l m τ

（2）（2）将τ代入（4）式得 1.016/=B C mol l ，所以B 的收率为：

022 1.016

82.60%2.46?=

==B B A C Y C

对A 作物料衡算：02-=+A A B D C C C C 所以有：