【正文】 由于是一級反應，所以混合態(tài)對反應速率無影響，故反應器出口轉化率與微觀流體時相同，即。由圖試差得。 試求該反應器的停留時間分布及平均停留時間。兩種方法計算結果相當吻合。由（）式得：所以：如右圖所示： 數學期望及方差。 因是全混流反應器，故符合理想全混流模型的停留時間分布，由（）式可得：（a）F(1)=1e1= (b)E(1)=e1= (c)F()=1 = (d)E()= = (e)=E()=（3） （3） 若該反應器為活塞流反應器，試求（a） （a）（2）可根據表中數據繪制軸向反應溫度及丙酮濃度分布圖。這里為方便學生用手算采用改良歐拉法，計算結果列入表中：丙酮裂解反應器的軸向XA和CA及T的分布T,KZ,mXACA,mol 繪制軸向溫度分布及軸向丙酮濃度分布圖。（1） （1），在其中裂解為乙烯酮和甲烷：該反應為一級反應，反應速率常數與溫度的關系為：k的單位為s1。(4)若改變甲烷的進料濃度，產物相對濃度分布曲線趨勢不變，但產物濃度的絕對量是變的。 若考慮第三步反應，C2H4的最大收率不變，與（1）相同。（1） （1） 若改變甲烷的進料濃度，產物分布曲線是否改變？（5） （5）（2） （2）要求最終轉化率為90%。（3）有人建議采用循環(huán)反應器，以提高轉化率是不行的，因為增加了返混，降低了反應速率，反而使XB 降低。 欲使乙二醇的收率最大，轉化率為多少？（3）有人認為采用活塞流反應器好，乙二醇收率高但環(huán)氧乙烷轉化率低，故建議采用循環(huán)反應器以提高總轉化率，你認為這種建議是否可行？如果循環(huán)比ψ=25，并使空時與第（2）問的空時相等，則此時總轉化率及乙二醇的收率是提高還是降低？解：（1）為解決問題方便，選H2O(B)為關鍵組分，環(huán)氧乙烷，乙二醇分別用A和Q表示。（1） （1） 440℃下等溫反應時所需移走的熱量。 空時，平均停留時間及出口溫度；（2） （2）105kJ/mol。（c）對一級反應最終轉化率與CA0無關，但目的產物的產量與CA0成正比關系。（5）當CA0提高到4kmool/m3時，由可知，轉化率與CA0無關，所以，上列各種情況計算結果不變，而對苯酚產量：（以摩爾流量表示）說明苯酚產量與CA0成正比，即產量增加。 若將過氧化氫異丙苯的濃度提高到4 kmol/m3，其余條件保持不變，那么，上列各種情況的計算結果是否改變？相應的苯酚產量是否改變？（6） （6） 兩個反應器并聯(lián)操作，但兩者原料處理量之比為1：2， m3/min， m3/min；（4） （4） 兩個反應器串聯(lián)操作；（2） （2）該反應為一級不可逆反應，并在86℃等溫下進行。（3）加料方式如（2）中的圖示。 反應時間是否有所限制？為什么？解：（1）若提出原料配比原則，應分析其動力學特征。（2） （2）（A）與環(huán)氧乙烷（B）反應以生產一乙醇胺(M)，二乙醇胺(D)及三乙醇胺，反應如下：反應速率方程為：該反應系在等溫下進行，目的產物為一乙醇胺。當XA0=0時，又可寫成：（3）求絕熱溫升。反應熱△H298=49974J/mol。解：（1）由題意知：，解之得：或：且：解此一階線性微分方程有：已知：代入上式化簡得到：通過試差求出：（2）原料氣需用量。原料氣為苯蒸汽與空氣的混合氣，%（mol）。解：此反應為復合反應系統(tǒng)，一般需要多個物料衡算式聯(lián)立求解，方能解決問題。 解：（1）設A為關鍵組分，目的產物P的瞬時選擇性為：(2)若，求下列情況下的總選擇性。 連續(xù)釜式反應器，濃度條件同（a）；（c） （c）（a） （a） 寫出瞬時選擇性計算式。：式中為化學計量系數。假定為理想氣體，其中：當XA=50%時，A的轉化速率為：當時，所以，此時所需反應體積為：：，加入物料A為氣相，B為液體，產物C為氣體。，改用活塞流反應器，反應溫度和原料組成均保持不變，（1）的反應時間相同，A的轉化率是否可達到95%？R的收率是多少？解：對于恒容過程，活塞流反應器所需空時與間歇反應器的反應時間相同，所以A的轉化率是可以達到95%的。，改用活塞流反應器，試計算苯酚的產量，并比較不同類型反應器的計算結果。解：題意要求在反應器大小，原料組成和出口轉化率均保持不變，由下式：可知，Q0與反應速率常數成正比，而改變反應溫度又只與k有關，所以，提高反應溫度可使其增產。因而有：這是由于反應器的截面積沒有固定，固定的是反應氣體的線速度等條件，因此，當流量提高一倍時，而其余條件不變，則反應器的長度并不變，只是其截面積相應增加。若反應器入口處反應氣體的線速度為20m/s，%時，出口的氣體線速度時多少？反應器的長度是多少？105Pa，700℃。解：由反應計量方程式知反應過程為恒容過程，將速率方程變?yōu)锽組分轉化率的函數，其中：為求各組分初始分壓，須將加料組成的質量百分比化為摩爾百分比，%B,%A,%Q。 所需的反應管長：首先把反應速率方程變?yōu)橐员ＷC速率方程的單位與物料衡算式相一致。解：（1）設下標A—乙烷，B—乙烯，H—氫。：105Pa及815℃。解：由NO氧化反應計量方程式可知此過程為變容過程，其設計方程為： （A） 示中A,B分別代表NO和O2。解：題給條件說明該反應為液相反應，可視為恒容過程，： 所以，所需反應器體積：由計算結果可知，活塞流反應器的反應體積小，間歇釜式反應器的反應體積大，這是由于間歇式反應器有輔助時間造成的。4 管式反應器℃等溫下在活塞流反應器中進行下列氣相均相反應：在反應條件下該反應的速率方程為：式中CT及CH分別為甲苯及氫的濃度，mol/l，原料處理量為2kmol/h，其中甲苯與氫的摩爾比等于1。在正常操作條件下（反應速度，進出口流量等），已二酸的轉化率可達80%。聯(lián)立求解可得：XA=，T=可見，絕熱操作時轉化率可以達到80%。 一級不可逆反應：所以Q0=丙二醇的濃度=丙二醇的產量=(2) 采用定態(tài)下連續(xù)操作所以Q0=丙二醇的產量=（3）因連續(xù)釜在低的反應物濃度下操作，反映速率慢，故產量低。 反應器出口物料中醋酐的濃度；(2) (2)3．21 m3的全混流反應器中進行醋酐水解反應， m3/min,溫度為25℃,出料溫度為36℃，該反應為一級不可逆放熱反應，反應熱效應等于209kJ/mol,反應速率常數與溫度的關系如下：k=107 exp(5526/T),min1反應物料的密度為常數，等于1050kg/ m3,℃計算。3．20 ，%，如果再有一個相同大小的反應釜進行串聯(lián)或并聯(lián)，要求達到同樣的轉化率時，生產能力各增加多少？解：（1）二個300 l全混串聯(lián)釜，XA2=， （1） （2）解得：XA1=代入（1）式求出此系統(tǒng)的體積流量：。（3）這時τ1=τ/3=。因Q0維持不變，故最后必然導致丙酸的產量下降。 在操作條件均不變時，丙酸的產量是增加還是減少？為什么？（2）若丙酸鈉的轉換率和丙酸產量不變，所需空時為多少？?（3）若把單釜操作改變三釜串聯(lián)，每釜平均停留時間為（2）中單釜操作時平均停留時間的三分之一，試預測所能達到的轉化率。如果為了提高順丁烯二酸酐的轉化率，使Q0=,而保持其它條件不變，則這時的移熱速率線如q’r所示。解：分別列出組分B,M,D,T,C的物料衡算式： (1) (2) (3) (4) (5)由（5）式得： (6)聯(lián)立（1）,(2),(3),(4),（6）式（五個方程，五個未知數）：由（2）式得： (7)由（3）式得： (8)將（1）,(7),（8）式代入（6）得：整理得：解得：CC= kmol/m3代入（1）式得：代入（7）式得：代入（8）式得：代入（4）式得：驗證：即：B的分子量為140；D的分子量為140。 B及D的收率。若出料中A的轉化率為92%，試計算：（1） （1）rA為組分A的轉化速率，rD為D的生成速率。 兩個等體積全混流反應器串聯(lián)由于，所以由上二式得：將XA2=，化簡后得到XA1=，所以：串聯(lián)系統(tǒng)總體積為：（3） （3）A的濃度為2kmol/，試分別計算下列情況下A的轉化率達95%時所需的反應體積：（1）全混流反應器。 小反應器在前，大反應器在后:聯(lián)立二式，且將XA2=，化簡后得到:解得：XA1=所以有：醋酸丁酯產量=(2)大反應器在前，小反應器在后:解得XA1=所以有：產量同前?，F(xiàn)擬將它們用來生產醋酸丁酯，初步決定采用等溫連續(xù)操作，丁酯則大量過剩，該反應對醋酸為2級，要求醋酸的最終轉化率不小于50%，這兩臺反應釜可視為全混反應器，你認為采用怎樣的串聯(lián)方式醋酸丁酯的產量最大？為什么？試計算你所選用的方案得到的醋酸丁酯產量。由計量關系得：從已知條件計算出：將上述數據代入（A）式，化簡后得到：若i=1,則（B）式變?yōu)椋航庵茫喝鬷=2,則（B）式變?yōu)椋航庵茫喝鬷=3,則（B）式變?yōu)椋航庵茫杭矗喝?lián)能滿足要求。：式中（A）NH3,(B)—HCHO,反應速率方程為：式中。由題意，欲使CB2最大，則需對上述二元函數求極值:聯(lián)立上述兩個方程可以求出τ1及τ2。取步長△t=，直至求至t=。（5） （5）反應用的原料為A及B的混合液，其中A的濃度等于2kmol/m3。 若過氧化氫異丙苯濃度增加一倍，其他條件不變，結果怎樣？解：（1）苯酚濃度苯酚產量（2）全混流反應器苯酚產量（3）說明全混釜的產量小于間歇釜的產量，這是由于全混釜中反應物濃度低，反應速度慢的原因。 如果是全混流反應器；（3） （3）（2）保證CA低，CB高，故可用下圖所示的多釜串聯(lián)方式：對于(A)式，可列出如下微分方程組： (1) (2) (3)由題意知初始條件為： (4)聯(lián)立求解此微分方程組可得： (5) (6) (7)式中，由如下式確定： (8) (9)現(xiàn)在可用上述結果對本題進行計算：（1）由（5）～（9）式得（2）當t→∝時，由（5）～（9）式得（3）此時為的情況，當t→∝時，由得： 將上述反應改為反應時間無限延長時，反應物系的組成。試求:（1） （1） k2/k1。 如果要求全部反應物都轉化為產物R，是否可能？為什么？解：(1) （由數值積分得出）(2)若A全部轉化為R,即XA=,則由上面的積分式知，t→∝,這顯然是不可能的。該反應的熱效應等于4000kJ/kmol。丙酸的產量為：500kg/h=。假定（1）原料裝入以及加熱至反應溫度（50℃）所需的時間為20min，且在加熱過程中不進行反應；（2）卸料及清洗時間為10min；（3）反應過程中反應物密度恒定。：為二級可逆反應（對丙酸鈉和鹽酸均為一級），在實驗室中用間歇反應器于50℃等溫下進行該反應的實驗。 ，試計算反應器的實際體積。（1） （1） 若反應器的反應體積為2m3，所需的反應時間又是多少？解：（1）(2) 因為間歇反應器的反應時間與反應器的大小無關。試問：（1） （1）平均偏差，結果是令人滿意的。，乙烯深度氧化的動力學方程可表示為：式中pA,pB分別表示乙烯及氧的分壓。t(h)0123456789：在較低溫度下，其動力學方程可表示為：試擬定該反應的合適的反應步驟。解：根據速率控制步驟及定態(tài)近似原理，除表面反應外，其它兩步達到平衡，描述如下：以表面反應速率方程來代表整個反應的速率方程：由于將代入上式得：整理得：將代入速率方程中其中由（）式可求得組分的瞬間濃度：乙醇的生成速率為： 由題給條件可知，三甲基苯的出口濃度為：（2） （2）解：反應物A的消耗速率應為兩反應速率之和，即利用（）式積分之：%H2,%三甲基苯。試計算轉化率為80%時的最佳溫度。 根據圖中所給的十點中，判斷哪一點速率最大？解： （1）可逆反應