CH3COOC2H5NaOHCH3CHCOONaC2H5OH
该反应对乙酸乙酯和氢氧化钠均为一致，反应开始时乙酸乙酯和氢氧化钠的浓度均为
0.02mol/L，反应速率常数为5.6L/（min·mol），要求最终转化率为0.95，试求当反应器体积为1m3、2m3时，所需的反应时间是多少？
解：AB
rA
xA
nA0
nA0nA0CA
xAf
CD
设A的转化率为xA，B的转化率为xB
xB
nB0
nB0
nB
nBnB0
kCACBnA
nAnA0
nB0，CB
xAf
∵∴t=CA0
nA
nB，
dxAra
=CA0
0
dxAkC
2
A
=
1kCA0(1xAf)
-k
1CA0
=169.6 min
0
t与反应体积无关。
∴1m3、所需反应时间均为169.6min
3-3 在平推流反应器中进行等温一级反应，出口转化率为0.9，现将该反应移到一个等体积的
全混流反应器中进行，且操作条件不变，问出口转化率是多少？
解：对于平推流反应器：
k
ln
11xAf
vBv0
对于全混流反应器：
k
11
xAf
x
'Af'Af
vRv0
1xxAf1x
'Af
∴∴
ln
==2.3
x=0.697
'Af
3-6 已知某均相反应，反应速率
rAkC,k
2A
17.4ml/（mol﹒min），物料密度恒定为0.75g/ml，
加料流量为7.14L/min，CA0=7.14mol/L，反应在等温下进行，试计算下列方案的转化率各为多少？
(1) 串联两个体积0.25m3的全混流反应器。（2）一个0.25m3的全混流反应器，后接一个（3）一个0.25m3的平推流反应器，后接一个（4）两个0.25m3的平推流反应器串联。解：（1）
vRv0
0.25m3的平推流反应器。0.25m3的全混流反应器。
=
0.251027.14
3
=35mm，xf1
设转化率为xf1,xf2
k
xf11
2
CA0(1xf1)
(1xf1)
2
=4.35
xf1=0.622
∴CA1
k
CA0(1xf1)=7.14×（1-0.622）=2.7mol/L
xf21
2
CA1(1xf2)
0.467CA0(1xAf)VRV0
xf2(1xf2)
CAfxAf
2
=1.64
CA1(1xf2)=1.44
∴xf2∴CAf（2）
0.80
0.2510007.14
=35min
k
xf11
2
CA0(1xf1)
xf1(1xf1)
2
=4.35
xf1=0.622
∴CA1k
CA0(1xf1)=7.14×（1-0.622）=2.7mol/L
xf21
CA1(1xf2)
xf2
0.62
xf2(1xf2)
1.64
∴
CAf
CA1(1xf2)=2.7×（1-0.62）=1.026
∵
CAfCA0(1xAf)
∴xAf（3）
0.856vRv0
0.251000
7.14
=35min
k
xf11
CA0(1xf1)
xf1=0.813
∴CA1k
CA0(1xf1)=7.14×(1-0.813)=1.34
xf21
2
CA1(1xf2)
xf2(1xf2)
2
=0.816
∴xf2=0.347 ∴CAf
∵
CAf
CA1(1xf2)=1.34×（1-0.347）=0.875
CA0(1xAf)
∴xAf（4）k
CA1
0.877
35min
xf1=0.813
xf11
CA0(1xf1)
CA0(1xf1)=1.34
k
xf21
CA1(1xf2)
xf20.449
∴cAf∵
xAf
CAf
CA1(1xf2)=1.34×（1-0.449）=0.738 CA0(1xAf)
0.897
3-7
V0
液相自催化反应A→P,反应速率rA
0.002m/s,进料浓度cA0
3
kcAcp,k
10m/(kmols)，进料体积流量
23
2kmol/m,cp0
3
0.01。问当xA=0.98时，下列各种情况下的反应
器体积。
(1) 单个平推流反应器；（2）单个全混流反应器；
（3）两个等体积全混流反应器串联。解：
（1）cAf=2×（1-0.98）=0.04
cA0
cA
xAf
cpdxArAlncA
3
cp0
xAf
cp2.01cAdxA
1
cA)
k
0.04
cA0
0
cA0
0
dcA
cA(2.01
cA)
kcA(2.01
cA)
20.04
！！！！
2
=
VR
12.01k
ln(2.01
=457.47 （s）
0.815m
（2）VR
V0cA0xAf(rA)f
cA2)cA2)
0.00220.9810
2
0.04(2.010.04)
cA1)cA1)2cA1
VR
4.97(m)
3
（3）
V0(cA1kcA2(2.01
0.04
V0(cA0kcA1(2.01
即
cA12cA12.01cA1
c
2
A1
1
2A1
0.07880.3014
2cA1ccA1
∴cA1
3-11 对平行反应AL rL1;AM rM2cA;AN rN
c。其中L为目的产物，在等温
2A
操作中证明：
（1）采用全混流反应器则cLmaxcA0；（2）采用平推流反应器则cLmax
cA0/(1cA0)
解：
（1）对L物料衡算：V0cLf
(rcLfL)fVVRR
V0(rA)f对A物料衡算：VcVRcA0
cAf
0A0
V0cAf(rA)fVR
V0
(rA)f
(c(rL)f∴c1Lf
A0cAf)(r(cA0cAf)
A)f
cAf
1
2
当
dcLfdc0时，cLf最大。
Af
此时cAf2cA0
1，不取。
又0
cAf
cA0
∴当cLf=0 cL最大，此时cLmax
cA0（2）对L物料衡算：v0CLv0(CLdCL)
rLVRv0dCL对A物料衡算：v0CAV0(cA
dcA)
rAvR
v0dcA
rAVA
∴
dcrLL
rdcA
AcL
cAf
cAf
cdcrL11L
L
2
dcA
0
cA0
rdc1A
A
cA0
(cA1)
cAf
1
cA01
∴当cLf=0 cL最大，此时cLmax
cA0/(1cA0)
rLVR
3－12在平推流反应器中进行基元反应L为目的产物，已知k2k1
k3，求L的最大收率及最优接触时间。
解：ck2t
A
cA0e
dcL2t
dt
k1cA
k2cL
k1cA0e
kk2cL
由常微分方程的通解，可解得：
ck2t
L
e
(k2t
1cA0e
kek2t
dt
c)
4－1 有一理想搅拌釜式搅拌器，已知反应器体积为应器的物料中，停留时间分别为解：tm
10010F(t)
10min1e
1/tm
100L，流量为10L/min，试估计离开反
0～1min，2～10min和大于3min的物料所占的分率。
0～1min：
F(1)1e
1/10
0.0952
10/10
2～10min：F(10)F(2)30min的1F(30)
(1e))
(1ee
3
2/10
)e
1/5
e
1
0.4509
1(1e
30/10
0.0498
4－3解：题目改为：k＝7.510
tC(t)
tm
0
3
（原题数值太大，计算结果失去合理性，疑为印刷之误）
1440.11920.524010.02888.03364.0
0.10.510.08.04.0
C(t)
0
6158.422.6
272.5(s)
kt
eC(t)
xA
1
0
e
kt
tEtdt
1
0
C(t)
0
1
e
7.510
3
144
0.1e
7.510
3
192
0.5e
7.510
3
240
10.0e
7.510
3
288
8.0e
7.510
3
336
4.0
22.6
0.33960.10.23690.50.165310.00.11538.00.08054.01
22.6
0.865
PFR:x
A
1e
1
ktm
1e
1
7.510
3
272.5
0.870
0.671
CSTR: xA
11ktm
1
17.510
3
272.5
4-4用脉冲示踪法测得实验反应器的停留时间分布关系如下表所示，今有一液相反应A+B
P，已知cA0=cB0，若此反应在具有相同停留时间的平推流反应器中进行，转化
率可达99%，试计算：
（1）该反应器的平均停留时间及方差；
（2）若实验反应器以多釜串联模型描述，可达到的转化率为多大？t/s C（t）
1 9
2 57
3 81
4 90
5 90
6 86
8 77
10 67
15 47
20 32
30 15
41 7
52 3
67 1
tc(t)
解：（1）t
0
0
tE(t)dt
0
5283662
7.98(s)
c(t)
tc(t)
2
t
0
0
2t2m
2
tE(t)dt
2
(t)
2
0
(t)
c(t)
2
81932662
7.98
2
60(s)
2
2
t
(2) m平推流
1
2
0.9422
1.096
xA1e
0.577s
k
即
0.991e
7.98k
可求得：k多釜串联：
1
1.096
m
xB
1(
11k
)
m
1
11k(tm/m)
1
1
10.577(
7.981.096
)
0.836
可达到转化率为83.6%
4-6 用脉冲注入法，在反应器入口液体中加入口物料中示踪物浓度如下表时间/min KMnO4
3
/g/浓度（m
0 0
5 2
10 6
15 12
20 12
KMnO4示踪物，从加入示踪物开始，测得出
25 10
30 5
35 2
40 1
45 0.5 De/uL值
50 0
设示踪物加入对流型无影响，试确定液体在反应器中的平均停留时间及解：
tc(t)
t
tE(t)dt
0
1022.5)
0
c(t)
50.5
20.25(s0
t
2
c(t)
2t
t
2
E(t)dt(t)
2
0
(t)
2
23962.50
c(t)
50.5
0
2∴
2
t64.44t
2m
20.25
2
0.157
2
2
2DeDePe
uL
∴
uL
0.0785
20.25
2
64.44(s2
)
4－7解：（1）xA
1
11ktm
1
110.02100
0.667
（2）先计算转化率达0.3所需的反应时间。根据
kt
ln
11
xAf
可知：t
1k
ln
11xAf
10.02
ln
110.3
17.8（min）
再计算停留时间小于17.8min的粒子所占分率。
F(17.8)1e
17.8/100
0.163
16.3%
即为不合格产品所占分率。
（3）
F(t)1e
2t/tm
1
2ttm
代入数据：F(17.8)1e217.8/100
1
217.8100
即不合格产品所占分率为
5%
0.050
4－9解：题目改：k＝0.25s
tC(t)
tm
0
－1
1125384105866748392.2101.5120.6
1234567891012
C(t)
0
245
3.657(s)67
tC(t)
2t
0
2
t
C(t)
0
2m
1
2
12
2
53
2
2
84
2
105866748392.2101234567891012
2
222222
1.512
2
0.6
3.657
2
1471.667
2
2t2m
3.6578.591(s)
8.5913.657
2
t
0.6424
扩散模型计算：
Pe(
uLDe1)
2
2
20.6424
3.113，
4
14ktm/Pe
140.253.657/3.1131.475
CACA0
xA
(1
)exp
2
Pe2
11
2
exp
Pe2
0.49
1
xA
10.490.51
多级模型计算
2
1m
m
m
1
2
10.6424
1.557
m
1.557
xAm
1
11k
1
ktm
11k(tm/m)
1
1
10.25(3.657/1.557)
0.513
PFR:xACSTR: xA
1e
1
1
1e
1
0.253.657
0.599
0.478
1
10.253.657
1ktm
全混流计算结果转化率偏大，全混流偏小，扩散与多级模型接近。由
2
0.6424，反应器既偏离PFR，又偏离CSTR，与计算结果相符。
5－1解：
（1）（A）=（B）=0（2）F＞E＞D
（都是平衡点，速率为零）
（反应早期的最佳速率，大于反应晚期的最佳速率）
（E是最佳温度点，在相G M E N各点中，哪一点的速率最大）
（3）E（题目改为
同的转化率下，其反应速率最快）
（4）H（根据动力学方程可知，在温度一定时，转化率越低，正反应比逆反应越有“优势”，净速率越快）
（5）M（在相同转化率下，M更接近最佳温度，故速率更快）（6）无法判断（都在最佳温度附近，速率均低于
E点，但无法比较）
5－2解：A?B（1）设体积不变，则：
k1xAe1kK
2
1x，可求出：xAe
Ae
3
显然不可能达到（2）最佳温度曲线；尽可能高温
5－3解：A?P
k10.2xAekK
xAe2
1
x代入数值，得：
x2Ae
Ae
0.5
1x故：Ae7
若欲使转化率达0.9，必须K
xAe0.91xAe
0.1
9
必须降低温度才有可能。lnK2ΔrH1
1K1
R
T即：ln
9-130965112
T1
0.4
8.314
T2
273.15+210
T=441K＝168℃
0.9
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