天津大学反应工程第二版课后习题答案.docx

检测方法及方法确认作业指导书天津高校：反响工程第二版习题答案1 绪 论1.1 在银催化剂上进展甲醇氧化为甲醛的反响： 进入反响器的原料气中，甲醇空气水蒸气=241.3摩尔比，反响后甲醇的转化率X达72%，甲醛的收率Y为69.2%。试计算：1反响的选择性S；2反响器出口气体的组成摩尔分率%。解：1由1.7式得反响的选择性为： 2进入反响器的原料气中，甲醇空气水蒸气=241.3摩尔比，当进入反响器的总原料量为100mol时，那么反响器的进料组成为组分摩尔分率yi0摩尔数ni0(mol)CH3OH空气水总计 设甲醇的转化率为XA，甲醛的收率为YP，依据1.3和1.5式可得反响器出口甲醇, 甲醛和二氧化碳的摩尔数nA, nP和nc分别为：nA=nA0(1-XA)=7.672 mol，nP=nA0YP=18.96 mol，nC=nA0(XA-YP)=0.7672 mol结合上述反响的化学计量式，水nW, 氧气nO和氮气nN的摩尔数分别为：nW=nW0+nP+2nC=38.30 molnO=nO0-1/2nP-3/2nC=0.8788 molnN=nN0=43.28 mol所以，反响器出口气体组成为：组分摩尔数mol摩尔分率%CH3OHHCHOH2OCO2O2N2  1. 2 工业上采纳铜锌铝催化剂由一氧化碳和氢合成甲醇，其主副反响如下：由于化学平衡的限制，反响过程中一氧化碳不行能全部转化成甲醇，为了提高原料的利用率，生产上采纳循环操作，即将反响后的气体冷却，可凝组份变为液体即为粗甲醇，不凝组份如氢气及一氧化碳等局部放空，大局部经循环压缩机后及原料气混合返回合成塔中。以下图是生产流程示意图冷凝别离 合成  原料气 Bkg/h 粗甲醇 Akmol/h 循环压缩 100kmol 放空气体  原料气和冷凝别离后的气体组成如下：mol组分原料气冷凝别离后的气体COH2CO2CH4N2粗甲醇的组成为CH3OH 89.15%,(CH3)2O 3.55%,C3H9OH 1.10%,H2O 6.20%,均为重量百分率。在操作压力及温度下，其余组分均为不凝组分，但在冷凝冷却过程中可局部溶解于粗甲醇中，对1kg粗甲醇而言，其溶解量为CO2 9.82g,CO 9.38g,H2 1.76g,CH4 2.14g,N25.38g。假设循环气及原料气之比为7.2摩尔比，试计算：1一氧化碳的单程转换率和全程转化率；2甲醇的单程收率和全程收率。解：1设簇新原料气进料流量为100kmol/h，那么依据条件，计算进料原料气组成以质量分率表示如下：组分摩尔质量yi0(mol%)Fi0(kmol/h)质量分率xi0%CO28H22CO244CH416N228总计 100100100其中xi=yiMi/yiMi。进料的平均摩尔质量Mm=yiMi=10.42kg/kmol。经冷凝别离后的气体组成亦即放空气体的组成如下：组分摩尔质量摩尔分率yi%CO28H22CO244CH416N228总计 其中冷凝别离后气体平均分子量为： Mm=yiMi又设：放空气体流量为Akmol/h，粗甲醇的流量为Bkg/h，那么对整个系统的N2×1000+0.1029A=2.92 (1. 2-1) 对全系统的总物料衡算得 100×10.42=B+9.554A (1. 2-2) 联立(1. 2-1), (1. 反响后产物中CO摩尔流量为 FCO=0.1549A+9.38B/(28×1000)将求得的A, B值代入得 FCO=4.431 kmol/h故CO的全程转化率为 由循环气及簇新气之摩尔比，可得反响器出口处的CO摩尔流量为FCO,0=100××100×0.1549=138.4 kmol/h所以CO的单程转化率为 2产物粗甲醇所溶解的CO2, CO, H2, CH4和N2总量D为粗甲醇中甲醇的量为(B-D)X甲/Mm=(785.2-0.02848B) ×那么甲醇的全程收率为 Y总甲醇的单程收率为 Y单   2 反响动力学根底2.1 在一体积为4L的恒容反响器中进展A的水解反响，反响前 A的含量为12.23%重量，混合物的密度为1g/mL，反响物A的分子量为88。在等温常压下不断取样分析，测的组分A的浓度随时间变更的数据如下：反响时间/hCA/mol·L-1试求：反响时间为3.5h的A的水解速率。解：利用反响时间及组分A的浓度变更数据，作出CAt的关系曲线，用镜面法求得t=3.5h时该点的切线，即为水解速率。切线的斜率为由2.6式可知反响物的水解速率为 2.2 在一管式反响器中常压300等温下进展甲烷化反响： 催化剂体积为10ml，原料气中CO的含量为3%，其余为N2,H2气体，变更进口原料气流量Q0进展试验，测得出口CO的转化率为：Q0/ml·min-1X/%203040506070试求：当进口原料气体流量为50ml/min时CO的转化速率。解：是一个流淌反响器，其反响速率式可用2.7式来表示故反响速率可表示为：用XAVR/Q0作图，过VR/Q0=0.20min的点作切线，得该条件下dXA/d(VR/Q0)值。VR/Q0minXA%故CO的转化速率为2.3 在Fe-Mg催化剂上水煤气变换反响的正反响动力学方程为：式中yCO和yCO2W等于0.0535kmol/kg.h。如催化剂的比外表积为30m23，试计算：（1） 以反响体积为基准的速率常数kV。（2） 以反响相界面积为基准的速率常数kg。（3） 以分压表示反响物系组成时的速率常数kg。（4） 以摩尔浓度表示反响物系组成时的速率常数kC。解：利用2.10式及2.28式可求得问题的解。留意题中所给比外表的单位换算成m2/m3。2.4 在等温下进展液相反响A+BC+D，在该条件下的反响速率方程为：假设将A和B的初始浓度均为3mol/l的原料混合进展反响，求：反响4min时A的转化率。解：·L-1，故可把反响速率式简化，得由2.6式可知代入速率方程式化简整理得积分得解得 XA=82.76%。 3.5%NH3,20.8%N2,62.6%H2,7.08%Ar及4。该塔是在30MPa压力下操作。：催化剂床层中某处的温度为490，反响气体中氨含量为10%mol，试求：该处的反响速率。在Fe催化剂上氨合成反响速率式为：逆反响活化能。450时 ，且，490时，Kp可按下式计算：注：m3为标准立方米。解：题中给出450时的k2值，而反响是在490下，故首先要求出490时的k2值。利用2.27试，求出频率因子A:490的Kp值由题给公式计算出求k1值：求各组分的分压值：各组分的分率及分压值为NH310%pNH3=3MPaN219.06%pN2H257.18%pH2Ar+ CH413.79%pAr+ CH4反响速率为：2.6下面是两个反响的T-X图，图中AB是平衡曲线，NP是最正确温度曲线，AM是等温线，HB是等转化率线。依据下面两图答复：（1） 是可逆反响还是不行逆反响？（2） 是放热反响还是吸热反响？（3） 在等温线上，A,D,O,E,M点中哪一点速率最大，哪一点速率最小？（4） 在等转化率线上，H,C,R,O,F及B点中，哪一点速率最大，哪一点速率最小？（5） 在C,R两点中，谁的速率大？（6） 依据图中所给的十点中，推断哪一点速率最大？解： 1可逆反响 可逆反响2放热反响 吸热反响 (3)M点速率最大，A点速率最小 M点速率最大，A点速率最小 (4)O点速率最大，B点速率最小 H点速率最大，B点速率最小 (5)R点速率大于C点速率 C点速率大于R点速率 (6)M点速率最大 依据等速线的走一直推断H,M点的速率大小。 2.7 在进展一氧化碳变换反响动力学探讨中，采纳B106催化剂进展试验，测得正反响活化能为，假如不考虑逆反响，试问：反响温度是550时的速率比反响温度是400时的速率大多少倍？解：从题中可知，反响条件除了温度不同外，其它条件都一样，而温度的影响表现在反响速率常数k上，故可用反响速率常数之比来描述反响速率之比。2.8 常压下，在钒催化剂上进展SO2氧化反响，原料气组成为7%O2及82%N2。试计算转化率为80%时的最正确温度。二氧化硫在钒催化剂上氧化的正反响活化能为 ，化学计量数等于2，反响式为：其平衡常数及温度的关系为：该反响的热效应。解：1求出转化率为80%时各组分的分压：以100mol为基准xSO2O2SO3N200× 2求及上述组成对应的平衡常数KP值：(3) 求平衡温度Te(4) 利用2.31式求逆反响活化能值(5) 利用2.31式求最正确温度TOP2.9 在一恒容反响器中进展以下液相反响： 式中rR,rD分别表示产物R及D的生成速率。反响用的原料为A及B的混合物，其中A的浓度为2kmol/m3，试求：A的转化率到达95%时所需的反响时间。解：反响物A的消耗速率应为两反响速率之和，即利用2.6式积分之2.10 在催化剂上进展三甲基苯的氢解反响：反响器进口原料气组成为66.67%H2,33.33%三甲基苯。在0.1Mpa及523K下等温反响，当反响器出口三甲基苯的转化率为80%时，其混合气体的氢含量为20%，试求：（1） 此时反响器出口的气体组成。（2） 假设这两个反响的动力学方程分别为： ，那么出口处二甲基苯的生成速率是多少？解：以100mol为计算基准，设X为三甲基苯的转化率，Y为生成的甲苯摩尔数。（1） 用物料衡算求出口气体组成：组分名称X=0时三甲基苯(A)33.331-X氢B二甲基苯(C)0甲烷(D)033.33X+Y甲基苯E0Y由题给条件可知，混合气中氢的含量为20%，所以有：66.67-33.33X-Y=20解得 ×0.8-20=20.01kmol甲苯量生成的二甲基苯量×生成的甲烷量×剩余的三甲基苯量×氢气含量为 20kmol故出口尾气组成为 三甲基苯6.666%，氢气20%，二甲基苯6.654%，甲烷46.67%，甲基苯20.01%。（2） 由题给条件可知，三甲基苯的出口浓度为： 2.11 在210等温下进展亚硝酸乙脂的气相分解反响：该反响为一级不行逆反响，反响速率常数及温度的关系为，假设反响是在恒容下进展，系统的起始总压为0.1013MPa，采纳的是纯亚硝酸乙脂，试求：亚硝酸乙脂分解率为80%时，亚硝酸乙脂的分解速率及乙醇的生成速率。假设采纳恒压反响，乙醇的生成速率又是多少？解：1恒容过程，其反响式可表示为：反响速率式表示为：设为志向气体，反响物A的初始浓度为：亚硝酸乙脂的分解速率为：乙醇的生成速率为：2恒压过程，由于反响前后摩尔数有变更，是个变容过程，由2.49式可求得总摩尔数的变更。由于反响物是纯A，故有：yA0=1。由2.52式可求得组分的瞬间浓度：乙醇的生成速率为： 2.12 甲烷及水蒸气在镍催化剂及750等温下的转化反响为：原料气中甲烷及水蒸气的摩尔比为1：4，假设这个反响对各反响物均为一级，：k=2l/mol.s，试求：1 反响在恒容下进展，系统的初始总压为0.1013MPa，当反响器出口的CH4转化率为80%时，CO2和H2的生成速率是多少？2 反响在恒压下进展，其它条件如1，CO2的生成速率又是多少？解：1由题意可将反响速率表示为：对于恒容过程，那么有当XA02对于恒压过程，是个变容反响过程，由2.49式可求得总摩尔数的变更反响物A的原始分率：由2.52式可求得转化率为80%时的浓度：2.13 在473K等温及常压下进展气相反响：1 2 3 式中CA为反响物A的浓度mol/l，原料中A和惰性气体各为一半体积比，试求：当A的转化率达85%时，其转化速率是多少？解：方法1，先求出总摩尔变更数。首先将产物的生成速率变为对应的反响物的转化速率：总反响速率为：以一摩尔反响物A为基准，总摩尔变更数为：初始浓度为：那么有方法2，可将CA表示为：方法3，利用物料衡算可分别求出反响物A生成R及S的瞬间选择性SR,SS,因而可求出产物R及S的收率yR,yS,求得A转化率为85%时的分率：其中： 2.14 在Pt催化剂上进展异丙苯分解反响：以A,B及R分别表示异丙苯，苯及丙烯，反响步骤如下：123假设外表反响为速率限制步骤，试推导异丙苯分解的速率方程。解：依据速率限制步骤及定态近似原理，除外表反响外，其它两步到达平衡，描述如下：以外表反响速率方程来代表整个反响的速率方程：由于将代入上式得：整理得：将代入速率方程中其中 2.15 在银催化剂上进展乙烯氧化反响：，化作其反响步骤可表示如下：1 234假设是第三步是速率限制步骤，试推导其动力学方程。解：依据速率限制步骤及定态近似原理，除外表反响步骤外，其余近似到达平衡，写出相应的覆盖率表达式：整个反响的速率方程以外表反响的速率方程来表示：依据总覆盖率为1的原那么，那么有：或整理得：将代入反响速率方程，得：其中2.16 设有反响，其反响步骤表示如下：1 23假设1速率限制步骤，试推导其动力学方程。解：先写出各步的速率式：由于1是速率限制步骤，第2步是不行逆反响，其反响速率应等于1的吸附速率，故有：整理得：依据定态近似原那么因为将代入上式，化简后得：最终将代入吸附速率式，即为该反响的动力学方程式。2.17 一氧化碳变换反响：在较低温度下，其动力学方程可表示为：试拟定该反响的相宜的反响步骤。解：依据题意，假设反响步骤如下：并假设第二步是限制步骤，其速率方程就代表了整个反响的速率方程：其余的两步可认为到达平衡，那么有：由于，有：将代入速率式，得：式中。故上述假定及题意符合。但上述假定的反响步骤不是唯一的。 2.18 利用习题2.1的数据，试用积分法和微分法求其动力学方程。解：先用积分法求其动力学方程。设为一级不行逆反响，其速率表达式为：积分得： 用t作图。t(h)01234567890-1，故假设一级反响是合理的，其动力学方程可表示为：用微分法求解动力学方程。首先用CAt曲线，在曲线上取时间为0，1，2，9h所对应点的切线，为了精确可采纳镜面法，求得各切线的斜率即为对应的dCA/dt之值，然后再以dCA/dtCA作图，所求的dCA/dt值如下表所示：t(h)0123456789CA(mol/l)dCA/dt(mol/l.h)设为一级不行逆反响，用dCA/dtCA-1，其动力学方程可表示为：或将速率方程直线化，即两边取对数，得：1，反响速率常数值为k=0.4996。还可用一数学公式来拟合CAt曲线，然后再将该数学公式对t求导，求得dCA/dt之值，此法会比作图法来的精确。 2.19 在Ni催化剂上进展甲烷化反响：由试验测得200时甲烷生成速率RCH4及CO和H2分压pCO,pH 2的关系如下：pCO(MPa)pH2(MPa)RCH4假设该反响的动力学方程可用幂函数表示，试用最小二乘法求一氧化碳的反响级数及正反响速率常数。解：由题意可写出速率方程式：但由于氢的分压保持为0.1013MPa的恒定值，反响速率式可简化为：式中。将速率式直线化： 或式中，由残差平方和最小而导出最小二乘法的系数计算式：序号yxx2xy12345将累加值代入a,b系数式中，得： 2.20 在铂催化剂上，乙烯深度氧化的动力学方程可表示为：式中pA,pB分别表示乙烯及氧的分压。在473K等温下的试验数据如下：序号pA×103MPapB×103MPar×1041234567891011试求：该温度下的反响速率常数k和吸附平衡常数KB。解：首先将动力学方程式直线化：或y=b+ax。其中序号yx×103x2×105xy×103r×104,%1234567891011 平均偏差，结果可以满足。  3 釜式反响器3.1 在等温间歇反响器中进展乙酸乙酯皂化反响：该反响对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。反响开场时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l，反响速率常数等于5.6l/mol.min。要求最终转化率到达95%。试问：1   当反响器的反响体积为1m3时，须要多长的反响时间？2   假设反响器的反响体积为2m3，所需的反响时间又是多少？解：1(2) 因为间歇反响器的反响时间及反响器的大小无关，所以反响时间仍为2.83h。 3.2 拟在等温间歇反响器中进展氯乙醇的皂化反响：以生产乙二醇，产量为20/h，运用15%重量的NaHCO3水溶液及30%重量的氯乙醇水溶液作原料，反响器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1，混合液的比重为1.02。该反响对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反响温度下反响速率常数等于5.2l/mol.h，要求转化率到达95%。1   假设协助时间为0.5h，试求反响器的有效体积；2   假设装填系数取0.75，试计算反响器的实际体积。解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为80.5,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇： 20/62=0.3226 kmol/h每小时需氯乙醇：每小时需碳酸氢钠：原料体积流量：氯乙醇初始浓度：反响时间：反响体积：（2） 反响器的实际体积： 3.3 丙酸钠及盐酸的反响：为二级可逆反响对丙酸钠和盐酸均为一级，在试验室中用间歇反响器于50等温下进展该反响的试验。反响开场时两反响物的摩尔比为1，为了确定反响进展的程度，在不同的反响时间下取出10ml反响液用0.515N的NaOH溶液滴定，以确定未反响盐酸浓度。不同反响时间下，NaOH溶液用量如下表所示：时间，min010203050NaOH用量，ml现拟用及试验室反响条件一样的间歇反响器生产丙酸，产量为500kg/h，且丙酸钠的转化率要到达平衡转化率的90%。试求反响器的反响体积。假定1原料装入以及加热至反响温度50所需的时间为20min，且在加热过程中不进展反响；2卸料及清洗时间为10min；3反响过程中反响物密度恒定。解：用A,B,R,S分别表示反响方程式中的四种物质，用当量关系可求出任一时刻盐酸的浓度即丙酸钠的浓度，因为其计量比和投量比均为11为：于是可求出A的平衡转化率：以丙酸浓度对时间作图： 由上图，当CA×14.7mol/l时，所对应的反响时间为48min。在同样条件下，间歇反响器的反响时间及反响器的大小无关，因此该生产规模反响器的反响时间也是48min。丙酸的产量为： 500kg/h=112.6mol/min。所需丙酸钠的量为: 112.6/0.72=156.4mol/min。原料处理量为：反响器体积： 实际反响体积：  3.4 在间歇反响器中，在绝热条件下进展液相反响：其反响速率方程为：式中组分A及B的浓度CA及CB以kmol/m333.K计算。反响开场时反响混合物的温度为50。1   试求A的转化率达85%时所需的反响时间及此时的反响温度；2   假如要求全部反响物都转化为产物R，是否可能？为什么？解：(1) 由数值积分得出(2) 假设A全部转化为R,即XA=1.0,那么由上面的积分式知，t,这明显是不行能的。 3.5 在间歇反响器中进展液相反响：3,C，D的初始浓度为零，B过量，反响时间为t1时，CA3，CC=0.038 kmol/m3，而反响时间为t2时，CA=0.01 kmol/m3，CC3，试求：1   k2/k1；2  产物C的最大浓度；3   对应C的最大浓度时A的转化率。解：(1)因为B过量，所以：恒容时： A (B)B式除以A式得：解此微分方程得： C将t1,CA,CC及t2,CA,CC数据代入C式化简得：解之得： (2) 先求出最大转化率:(3) 产物C的最大收率：产物C的最大浓度： 3.6 在等温间歇反响器中进展液相反响初始的反响物料中不含A2和A3，A1的浓度为2mol/l，在反响温度下k1-1,k2-1,k3-1。试求:（1）  反响时间为1.0min时，反响物系的组成。（2） 反响时间无限延长时，反响物系的组成。（3） 将上述反响改为反响时间无限延长时，反响物系的组成。解：依据题中给的两种反响状况，可分别列出微分方程，然后进展求解。但细致分析这两种状况，其实质是下述反响的特例： (A)当时，A式变为 (B)当时，A式变为 (C)当时，A式变为 (D)其中式D即为书讲的一级不行逆连串反响。可见只要得到A式的解，那么可简单化简得到B,(C)及(D)式的解。对于(A)式，可列出如下微分方程组： (1) (2) (3)由题意知初始条件为： (4)联立求解此微分方程组可得： (5) (6) (7)式中，由如下式确定： (8) (9)现在可用上述结果对此题进展计算：1由59式得2当t时，由59式得3此时为的状况，当t时，由得： 3.7拟设计一反响装置等温进展以下液相反响：目的产物为R，B的价格远较A贵且不易回收，试问：（1）  如何选择原料配比？（2） 假设采纳多段全混流反响器串联，何种加料方式最好？（3） 假设用半间歇反响器，加料方式又如何？解：1由上式知，欲使S增加，需使CA低，CB高，但由于B的价格高且不易回收，故应按主反响的计量比投料为好。2保证CA低，CB高，故可用以下图所示的多釜串联方式： 3用半间歇反响器，假设欲使CA低，CB高，可以将B一次先参与反响器，然后滴加A.3.8 在一个体积为300l的反响器中863的过氧化氢异丙苯溶液分解：-1,最终转化率达98.9%，试计算苯酚的产量。（1） 假如这个反响器是间歇操作反响器，并设协助操作时间为15min;（2） 假如是全混流反响器；（3） 试比拟上二问的计算结果；（4） 假设过氧化氢异丙苯浓度增加一倍，其他条件不变，结果怎样？解：1苯酚浓度 苯酚产量 2 全混流反响器苯酚产量3 说明全混釜的产量小于间歇釜的产量，这是由于全混釜中反响物浓度低，反响速度慢的缘由。4 由于该反响为一级反响，由上述计算可知，无论是间歇反响器或全混流反响器，其原料处理量不变，但由于CAB增加一倍，故C苯酚也增加一倍，故上述两个反响器中苯酚的产量均增加一倍。 3.9 在间歇反响器中等温进展以下液相反响：rD及rR分别为产物D及R的生成速率。反响用的原料为A及B的混合液，其中A的浓度等于2kmol/m3。（1） 计算A的转化率达95%时所需的反响时间；（2） A的转化率为95%时，R的收率是多少？（3） 假设反响温度不变，要求D的收率达70%，能否办到？（4） 改用全混反响器操作，反响温度及原料组成均不变更，保持空时及1的反响时间一样，A的转化率是否可到达95%？（5） 在全混反响器中操作时，A的转化率如仍要求到达95%，其它条件不变，R的收率是多少？（6） 假设采纳半间歇操作，B先放入反响器内，开场反响时A按1计算的时间均速参与反响器内。假设B的量为1m33，试计算A加完时，组分A所能到达的转化率及R的收率。解：(2) (3) 假设转化率仍为0.95，且温度为常数，那么D的瞬时选择性为：D的收率：这说明能使D的收率到达70%4对全混流反响器，假设使=t=0.3958h,那么有解之得：CA=0.4433，所以：这说明在这种状况下转化率达不到95%。5对全混流反响器，假设X=0.95,那么R的收率为：6依题意知半间歇式反响器属于连续加料而间歇出料的状况。为了求分组A的转化率及R的收率，须要求出A及R 的浓度随时间的变更关系，现列出如下的微分方程组：对A: 1对R: 2 3在反响时间t=0.4038h,为便利起见取t 0.4h内将0.4 m3的A均速参与反响器内，故采纳间歇釜操作时，原料为A及B的混合物，A的浓度为2kmol/ m3.现采纳半间歇釜操作，且，故可算出原料A的浓度为：由于：代入1，2式那么得如下一阶非线性微分方程组： 4 5初始条件：t=0,CA=0,CR=0可用“龙格-库塔法进展数值求解。取步长A和CR可以进展A的转化率和R的收率计算：式中VA为所参与的A的体积，且VA3;CA0为所参与的A的浓度，且CA0=7kmol/m33。同理可以计算出R的收率：3.10 在两个全混流反响器串联的系统中等温进展液相反响：3,流量为4m3/h,要求A的最终转化率为90%，试问：（1） 总反响体积的最小值是多少？（2） 此时目的产物B的收率是多少？（3） 如优化目标函数改为B的收率最大，最终转化率为多少？此时总反响体积最小值是多少？解：1对上式求dVr/dXA1=0可得： 将XA2=0.9代入上式，那么 解之得 XA1所以总反响体积的最小值为(2)即 解得 CB1=0.005992 kmol/m3同理 解得 CB2=0.00126 kmol/m3B的收率 (3) 目标函数改为B的收率，这时的计算步骤如下：对于第i个釜，组分A,B的衡算方程分别为：对A: 对B: 当i=1时， 1 2当i=2时， 3 4由1式解出CA1代入2式可解出CB1; 由1式解出CA1代入3式可解出CA2;将CB1及CA2代入4式可解出CB2,其为1,2的函数，即 5式中CA0为常数。由题意，欲使CB2最大，那么需对上述二元函数求极值:联立上述两个方程可以求出1及2。题中已给出Q0,故由可求出CB2最大时反响器系统的总体积。将1,2代入5式即可求出B的最高浓度，从而可进一步求出YBmaX.将1,2代入CA2，那么由XA2=(CA0-CA2)/CA0可求出最终转化率。 3.11 在反响体积为490cm3的CSTR中进展氨及甲醛生成乌洛托品的反响：式中A-NH3,(B)HCHO,反响速率方程为：式中3/s的流量进入反响器，反响温度可取为36，假设该系统密度恒定，试求：氨的转化率XA及反响器出口物料中氨和甲醛的浓度CA及CB。解：即得： 整理得： 解得： XAf反响器出口A,B得浓度分别为： 3，反响温度为100×10-4×10-4 l/mol.min。反响混合物的密度为864kg/m3,欲使醋酸的转化率达60%，求此串联系统釜的数目。解：等体积的多釜串联系统A,B,C,D分别代表乙酸，乙酸乙酯和水。由计量关系得：从条件计算出：将上述数据代入A式，化简后得到：假设i=1,那么B式变为：解之得：假设i=2,那么B式变为：解之得：假设i=3,那么B式变为：解之得：即：三釜串联能满足要求。 3.13 以硫酸为催化剂，由醋酸和丁醇反响可制得醋酸丁酯。仓库里闲置着两台反响釜，一台的反响体积为3m3,另一台那么为1m333/h.kmol，要求醋酸的最终转化率不小于50%，这两台反响釜可视为全混反响器，你认为采纳怎样的串联方式醋酸丁酯的产量最大？为什么？试计算你所选用的方案得到的醋酸丁酯产量。假如进展的反响是一级反响，这两台反响器的串联方式又应如何？解：因为反响级数大于1，所以联立方式应当是小釜在前，大釜在后才能使醋酸丁酯产量最大。现进