化学反应工程原理(华东理工大学版)第三章答案

3-1 解：cA0ktxA 1xA1把数据代入得cA0k0.2min 当xA=0.75时解得t=15min

所以，增加的时间为15-5=10min 3-2 解：1xA1nn11n1cA0kt （式A）

把xA=0.75和t=10min代入解得cA0k0.1 再把t=30min代入（式A）解得xA=1.25

所以，转化率应为1 3-3

解：设反应动力学方程为：则1xA1nn1dcAn kcAdtn11n1cA0kt，且cA0=1

10.81n1k8因此有

1n10.91n1k18解得：n=2;k=0.5L/mol·min 3-4

1）计算进料中酸、醇和水的摩尔浓度cA0、cB0、cS0（注意进料中水的浓度cS0不为0）。 2）列出当酸的转化率为xA时，各组分浓度的表示式：

-1

1ncAcA01xAcBcB0cA0xAcRcA0xAcScS0cA0xA3)将上列各式及各组分初浓度代入反应速率式，整理得

dxA2 7.9310610.220.1xA2.58xAdt4）计算转化率达35%所需的时间为

t0.350dxA 627.931010.220.1xA2.58xA上述积分可查积分表用公式计算，也可用MATLAB语言的quad解算子计算，结果为 t7153s2h

5）计算所需反应器体积。先计算每天的反应批数，再计算每m3反应体积每天的生产量，然

后再计算达到要求产量所需反应器体积。答案为 VR=51.9m3 3-5

1)设酯的平衡转化率为xAe，将平衡时各组分浓度代入化学平衡方程得：

21.1512xAe0.219

1.1511xAe48.761.151xAe化简整理上述方程并求解得

xAe90.8%

2）此题解法与3-4中的步骤2～4相同，答案为t=276min 3）此时各组分的浓度为

酯：0.207mol/L；水：47.816 mol/L；醇、酸：0.910 mol/L； 反应物系的组成为

酯：0.414%；水：95.80%；醇、酸：1.82%； 3-6

对可逆放热反应，当反应温度过低时，因反应速率过低转化率偏低，当反应温度过高时，转化率又会受化学平衡的。所以，对一定的平均停留时间都存在一能达到最高转化率的最优反应温度。对本题此最优反应温度可用解析法求解。 1） 列出反应器的物料衡算方程

qVcA0cAVRrA

将反应动力学方程代入，整理后可得

xAkT1kTkT 式（A）

2） 对上式求导，并令导数为零

dkdkdk1kkkdTdTdTdxA 2dT1kkdkkE将上式展开，并将代入，化简后可得 2dTRTE2E1ln RTk20E2E1于是ToptE2E1RlnkEE202112405 325K

10000ln155.254102405303）计算最优反应温度下的转化率。将T=325K代入式（A）

xAkT1kTkT6.9210e16.921012e1000032512100003253012405325305.2541015e30

=63.5% 3-7

解：依题意知，反应时间相同的情况下，虽然初始浓度不同，但转化率都相同，因此该反应应为一级反应。所以：

t11 lnk1xA把数据代入解得：k=0.00656min-1 3-8 3-11

dAkAS dtdA依题意知：kA0.7A

dt解：dx12axbb24ac因为：2lnC

22axbxcb4ac2axbb4ac合并同类项并定积分得：

11.31.4ln2.4k293K0.71.311.241.4ln0.434k310K0.71.24ERT

根据阿累尼乌斯公式：kk0e可解得E≈66KJ 3-12

dcA解：

dtk1cA dcBk2cBdt化简得：积分得：

dcAdcBk1 cAcBk2

3-13