化学反应工程(郭锴)第二版习题解答(3)

cA0 1kmol m3

1

0.0714xAf 0.914

2

rA kcAcP kcA0(1 xA)cA0xA kcA0(1 xA)xA

xAin

For PFR

cA0

xAf

xAin

dxA1xAfdxA1

rAkcA0 xAin1 xAxAkcA0

11 xAin dx1 xxAA

xAf

xAf 0.9 1 x 111 0.9Af 4.76min ln lnkcA0 xAin 1 1 0.0714

1 x 1 0.0714 Ain

For CSTR

xAf xAin10.9 0.0714

cA02 9.2min

kcA01 xAfxAf1 11 0.9 0.9

For CSTR PFR

1d rA 由于与 rA的极值点相同,令 0，有1 2xA 0，xA1 0.5 rAdxA

1

1x xAin10.5 0.0714

Af 1.71minkcA0(1 xA1)xA11 1(1 0.5) 0.5

cA1 cA0(1 xA1) 0.5kmol m 3 0.9 1 0.9 2 ln 2.20 0.5 1 0.5

1 2 1.71 2.20 3.91min

For CSTR 分离器d rA 0,dxA

xA1 0.5

8. 证

1xAf xAin10.5 0.0714

1.71min

kcA0(1 xA1)xA11 1(1 0.5) 0.5

在两个串联的全混流反应器中进行一级反应，进出口条件一定时，试证明当反应器大小相同时，两个反应器的总容积最小。

cA0 cAf( rA)f

1

cA0 cA1cA01

kcA1kcA1k

2

cA1 cAfc1

A1 kcAfkcAfk

cA1 cA0cAf

d( 1 2)

0

dcA1cA01

02

kcA1kcAf

2cA1 cA0cAf

cA011 cA0

1 kcA0cAfkk cAf

1 2VR1 VR2

1 2

cA0cAf11 cA0

1 kcAfkk cAf

9. 解

半衰期为20小时的放射性流体以0.1m3hr-1的流量通过两个串联的40m3全混流反应器后，其放射性衰减了多少？

只有一级反应存在半衰期的概念。首先求反应速率常数：cA

e kt0.5 e 20kcA0

对全混流反应器，

k 0.03466hr 1

cA0 cA rA

400

xA

0.034661 xAxA 0.9327

40c cA0 1 xA 代入数据 第一釜 A00.1kcA01 xA第二釜，单釜转化率仍为0.9327。总转化率1 1 0.9327 0.9955

2

10. A进行平行分解反应，其速率式为

↗R rR=1 kmol·m-3min-1 A →S rS=2cA kmol·m-3min-1 ↘T rT=cA kmol·m-3min-1

其中R是所要求的目的产物，cA0=1kmol·m-3。试问在下述反应器进行等温操作时，预计最大的cR为多少?(1)全混流反应器；(2)平推流反应器。 解

低浓度操作对生成目的产物R有利，对全混流反应器，可在极低的浓度下操作