化学反应工程第二章习题课
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第二章 习题课
3、一级反应A →P ，在一体积为V P 的平推流反应器中进行，已知进料温度为150℃，活化能为84kJ·mol -1，如改用全混流反应器，其所需体积设为V m ，则V m /V p 应有何关系?当转化率为0.6时，如果使V m =V p ，反应温度应如何变化?如反应级数分别为n =2，1/2，−1时，全混流反应器的体积将怎样改变？
解：
)
1ln()1()
exp(
)1ln()1()
1(CSTR
)1ln(11d 1)(d PFR )exp()(A A A
p m A A A p m A 0A A A0m A A00A A A00A A A0P A 0A A A A x x x RT E RT E x x k k x V V x k c x F V x k c x x k c r x F V c RT E k kc r x x ----=---=
-=
--=-=-=-==-⎰⎰
)
1ln()1()1ln()1( IF A A A A A P m m
p x x x x x k k
x V V T T A
---=
---== ()()K
07.43215.42302064.015.423876
.234929.015.423876.23exp 6109.0637.115.42315.423314
.884000
exp 1)6.01ln(6.016
.0exp 10.6 and 1 IF m m m m
m m m m m P m P A P
m =-=--=-⎪⎪⎭⎫
⎝
⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⨯⎪⎪⎭⎫
⎝
⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛-=--⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--===T T T T T T T T T T T T T R E x V V
m
n n n n kc x
F V c V V c V V kc x F V n c V V kc x F V n c V V kc x F V n Af
Af A0m 1A m1m 2
A
1m 1m 1A A A0m 2
/1A 1m 2/1m 2/1A A A0m A 1m 2m 2
A A 0A m 1,1,2/11,2==⎪⎪⎪⎩⎪⎪
⎪⎨⎧==-=======---或 16、某气相基元反应：A+2B →P 已知初始浓度之比c A0:c B0=1:3，求
t
x d d A
的关系式。 解：
()()
()()()A
A
A0A 0A A0A0A 0A A0B0B B A
A0B0B A
A A0A 2
B A A A A0A A A0A A A 0A A0A A
A 5.01235.01235.01225.011d d 5.015
.0413112121111d d 1x x c x V x n n x V x n n V n c x n n n x x c c c kc t x x c r y x V V x n n t n V r --=--=--==
-=--==-=--==+=-=--=+=-=-=-εδε
()2
A A A 2
0A A 5.01231d d ⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛---=x x x kc t x
18、高温下二氧化氮的分解为二级不可逆反应。在平推流反应器中101.3kPa 下627.2K 时等温分解。已知k =1.7m 3kmol -1s -1，处理气量为120m 3hr -1（标准状态），使NO 2分解70%。当(1)不考虑体积变化；(2)考虑体积变化时，求反应器的体积。
解：
70
.0,
K 2.627,
kPa 1013.0hr Nm 120,
s kmol m 7.1,
2O N 2NO A 1301132
A A 2
22======-+→---x T p V k kc r (1) 恒容过程
3
A
A 231R 3
AS 1
3A07
.00
2A 20A A
0A R m
41.5101943.07.110488.1m kmol 01943.02.627314.83
.101s kmol 10488.13600
4.22120
)
1(d =-⋅⨯⨯=⋅=⨯=⋅⨯=⨯=
-=----⎰x x V c F x kc x F V
(2) 变容过程
3
7
.0A A A A
2A0A0A
7
.00
A 2A 20A A0
A
7
.00
2
A 2
0A A0
A
7
.00
2
A A 2
A0A0A 7
.00
2
A A 2A0
A0R2A 0A A A
7
.00
A
A
A 2A0
A0
2
R m 382.8)1ln(61925.0d 116
)1(925.0d 11325.0d 15.15.05.0d 15.015
.015.0,
1,5.022
12d 11A
=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+-=
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+---=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛--=⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛-++-=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-+=
=⨯===-+=
-+==⎰
⎰
⎰
⎰⎰
x
x x x x kc F x x x kc F x x kc F x x x kc F x x x kc F V y x x x kc F V εδε