第四章化学反应工程的基本原理。
4-2 在一定条件下，so2催化制取so3的反应式为：
已知反应器入口处so2的浓度是7.15%（摩尔分数，下同），出口物料中含so2 0.48%, 求so2的转化率。
解： 4-3 已知pa（绝压）下的反应：c4h10 → 2c2h4 + h2
a） （b）
反应开始时c4h10为116kg。求当反应完成50%时，ca、pa、ya、cb各为多少？
解：依题意 ya,0 = 1，xa = 50%
ca,0 = 37.09kmol·m-3
ca = 9.27 kmol·m-3
pa = 7.5 104pa
ya = 0.25
4-4 乙醇在装有氧化铝催化剂的固定床反应器中脱水，生成乙烯：
c2h5oh → c2h4 + h2o
测得每次投料0.50kg乙醇，可得0.26kg乙烯，剩余0.03kg乙醇未反应。求乙醇转化率、乙烯的产率和选择性。
解：乙醇总消耗量 = 0.50 - 0.03 = 0.47kg
其转化率xa = 100% =94%
设生成0.26kg乙烯需乙醇a kg
a = 0.427kg
乙烯的选择性
sp = 0.909
乙烯的收率。
yp = sp· xa = 0.909 0.94 = 0.854
4-5 在间歇操作搅拌釜中用醋酸和丁醇反应生产醋酸丁酯，反应式为：
ch3cooh + c4h9oh ch3cooc4h9 + h2o
（a） (br） （s）
已知反应在100℃下进行，动力学方程为 (-ra)= 2.9 10-7ca2mol·m-3·s1。反应物配比为丁醇：
醋酸 ＝ 4.972 : 1（摩尔比），每天生产醋酸丁酯2400kg（忽略分离损失），辅助生产时间为30min，混合物的密度视为常数。
等于750kg·m-3，试求当醋酸的转化率为50％时所需反应器的体积大小（装料系数取0.7）。
解：ma = 60 mb = 74 mr = 116
ca,0 = 750 = 1.753kmol·m-3 = 1753 mol·m-3
qn,a,0 = 1.724 kmol·h-1 = 1.724 103 mol·m-3
qv,0 = 0.9835m3·h-1
v = qv,0(tr + t/) 0.9835 (32.78 + 30) =1.03m3
vr = 1.47m3
4-6 某气相一级反应a →3r，反应速度常数k = 8.33×10-3s-1，在间歇反应器中进行，初始条件为纯a，总压为101325pa。问1min后反应器总压为多少？
解： 依题意 a = 2 ya,0 = 1
（1）求在间歇反应器中反应 1min后的xa，f
1 60 = ln
xa,f = 0.393
（2） 在保持反应器体积不变、等温下的变容反应：
p = p0 ·=p0 = 101325 (1 + 2 1 0.393)
1.81 105pa
4-9 在全混流反应器中进行等温反应a→b，测得反应速率(-ra)与ca的关系如下：
1）若要达到xa,f = 80％，反应器体积为0.25m3，ca,0=10kmol·m-3，求进料体积流量。
2）若要达到xa,f = 80％，ca,0 = 15kmol·m-3， qv,0 = 1m3·min1，求反应器体积。
（3）若反应器体积为3m3，qv,0 = 1m3·min1，ca,0 = 8kmol·m-3，求反应器出口反应物a的浓度。
解：（1）当ca,f = ca,0（1 - xa,f）= 10 (1 - 0.8) =2 kmol·m-3
ra) =2 kmol·m-3·min-1
ca.0 qv,0 = v = 0.25 = 0.0625m3
（2）ca,f = ca,0（1 - xa,f）= 15 (1 - 0.8) =3 kmol·m-3）
ra) =3 kmol·m-3·min-1
v= qv,0 ·ca.0 = 1 15 = 4m3
（3即 =
依据表中数据，可知当 ca,f = 2 kmol·m-3时，(-ra) =2 kmol·m-3·min-1，与等式吻合。
4-11 高温下二氧化氮的分解为二级不可逆反应，2no2 ==2no + o2
现将纯no2在101325pa和627.2k下于活塞流反应器中等温分解。已知k = 1.
7m3·(kmol·s)-1，气体处理量为120m3·h-1（标态），若no2分解率为70％。求下列两种情况下所需反应体积：
1）不考虑体积变化；
2）考虑体积变化。
解：ca,0 = 0.0194 kmol·m-3
（1）不考虑体积变化，按等容过程处理。
70.75s = 0.0197h
qv,0 = 275.7 m3·h-1
v = qv,0 = 275.7 0.0197 = 5.42m3
（2）考虑体积变化，为非等容过程 2no2 ==2no + o2
a = 0.5 ya,0 = 1 a ya,0 = 0.5
1.5ln(1-xa,f) +2 + 0.25+ ]
109.73s = 0.0305h
4-13 根据题4-5给出的反应条件和产量，用活塞流反应器生产醋酸丁酯，试求所需反应器的有效体积。并根据题-8和本题计算结果，试比较在相同操作条件下，所需三种反应器体积大小顺序。
解：（1）v = 0.9835 = 0.54m3
（2）根据计算结果可知，同一反应在相同条件下，达到同一转化率，所需反应器体积大小顺序为：
cstr ibr pfr
4-14 在活塞流反应器中进行二级等温液相反应：
a + b → r (-ra) =1.97 10-3cacb kmol·m-3·min-1
已知ca,0 = cb,0 = 4kmol·m-3，反应物料的体积流量为0.171m3·h-1。试求下列各种情况所需反应器的有效容积为多少？
（1）xa,f = 80%；
（2）上述条件不变，但要求xa,f = 90%；
（3）ca,0 = cb,0 = 8kmol·m-3，xa,f = 80%。
解： （1） =507.6min
v = qv,0· =0.171 507.6 = 1.45m3
（2） =1142min
v = qv,0· =0.171 1142 = 3.26m3
（3） =253.8min
v = qv,0· =0.171 253.8 = 0.723m3
4-15 已知某均相反应，反应速率为(-ra)= 0.0174ca2（kmol·m-3·min1），ca0=7.14kmol·m-3，物料密度恒定为750kg·m-3, 加料速率为7.
14×10-3m3·min1，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0.25m3的全混流反应器；
2）一个0.25m3的全混流反应器，后串联一个0.25m3的活塞流反应器；
3）一个0.25m3的活塞流反应器，后串联一个0.25m3的全混流反应器；
4）串联两个0.25m3的活塞流反应器。
解：（1）1 = 2 = 35.01min
1 = ca,0 =·
xa,1 = 62.19%
2 = ca,0 =·
xa,2 = 79.85%
（2）由（1）知，1 = 35.01min，xa,1 = 62191%
35.01 = 错误！未定义书签。错误！未定义书签。）
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