??反应器体积

cA0?cA0.1?0.01??60s kcA0.15?0.01

V?qV??6000L

（2）对于0级反应，在CSTR反应器中有

?'?所需反应器体积

cA0?cA0.1?0.01??0.60s k0.15

V'?qV?'?60L

13.6 某反应器可将污染物A转化成无害的物质C，该反应可视为一级反应，速率常数k为1.0 h-1，设计转化率xA为99％。由于该反应器相对较细长，设计人员假定其为平推流反应，来计算反应器参数。但是，反应器的搅拌装置动力较强，实际的混和已满足完全混和流反应器要求。已知物料流量为304.8m3/h，密度为1.00kg/L；反应条件稳定且所有的反应均发生在反应器中。

(1)按照PFR来设计，反应器体积为多少，得到的实际转化率为多少？ (2)按照CSTR来设计，反应器体积又为多少？ 解：（1）对于一级反应，在PFR反应器中有

k?=lncA0 cA可得1·τ＝ln100，即τ＝4.6 h 所以反应器体积为

V＝qVτ＝1403m3

该反应器实际为CSTR反应器，则有

k?=cA0?1 cA1?4.6=CA0?1，计算可得cA’＝0.179cA0 CA'所以实际转化率

xA’＝82.1％

cA0?1 cA（2）对于一级反应，在CSTR反应器中有k?=1·τ＝100－1

计算可得

τ＝99 h

所以反应器体积

V＝qVτ＝30175m3

第十四章

14.4 某一级不可逆气固相催化反应，当cA＝10-2mol/L，0.1013MPa及400℃时，其反应速率为-rA＝kcA＝10-6mol/(s?cm3)，如果要求催化剂内扩散对总速率基本上不发生影响，问催化剂粒径如何确定(已知De＝10-3cm2/s)。

解：对于一级气固相催化反应有

rA＝kcA

rA10?6?1 k???2?0.1s?3cA10?10要求催化剂中内扩散对总速率基本上不发生影响则有，?s?0.1~0.3，取0.3则有：

?s?所以，催化剂粒径

Rp3k?0.3 De10?3Rp?0.3?3?0.09cm?0.9mm ?11014.8 氨与H2SO4的反应为瞬时反应，若氨的分压为0.006MPa，硫酸浓度为0.4kmol/m3，试计算氨的吸收速率。

已知：kG＝3.5kmol/(m3?MPa)，kL＝0.005m/h，氨在硫酸溶液中的溶解度系数HA为750kmol/(m3?MPa)，假定硫酸和氨的液相扩散系数相等。氨与硫酸的反应为:

NH3?0.5H2SO4?0.5(NH4)2SO4

解：根据题中数据有?B?0.5，DAl?DBl 硫酸的临界浓度

(cBl)c??BkgDAlkgDBlpA?0.5?3.5?0.006?2.1kmol/m3

0.005而cBl＝0.4kmol/m3<(cBl)c?2.1kmol/m3。因此，计算气液反应速率时，需同时考虑气膜及液膜阻力。

该反应为瞬间反应，所以氨的吸收速率与氨的扩散速率相同

0.40.5?750?0.0128kmol/(m2h) NA?11?3.50.005?7500.06?

第十五章

12.3液相反应A → B在一间歇反应器内进行，于不同时间测得反应器内A的浓度如下表所示，试求该反应的反应级数和反应速率常数。

t /min ρA/(mg·L-1)

0 90

20 72

40 57

80 36

120 32

解：假设零级反应－rA=k，即dρA/dt=－k，ρA=－kt+ρA0。根据表中数据做ρA－t的曲线如下，发现没有线性关系，假设错误！

100 80 A /(mg·L-1) 60 40 20 0 0

50

ρt/min

100 150

图12-2 习题12.3中ρA－t的关系曲线

假设一级反应－rA=kρA，即dρA/dt=－kρA，lnρA=－kt+lnρA0。根据表中数据做lnρA－t的曲线如下，发现有线性关系lnρA=4.44-0.0087t，R= 0.9934。

5 4.5 lnρA(ln(mg/L)) 4 3.5 3 2.5 0 50 100 t/min 150 图12-3 习题12.3中 lnρA－t的关系曲线

假设二级反应－rA=kρA2，即dρA/dt=－kρA2，1/ρA=－kt+1/ρA0。根据表中数据做1/ρA－t的曲线如下，发现有线性关系1/ρA=0.0108-0.000176t，R为0.999。

0.04 1/ρA(1/(mg/L)) 0.03 0.02 0.01 0 0 50 t/min 100 150 图12-4 习题12.3中1/ρA－t的关系曲线

经比较可得，该反应为二级反应。

12.4污染物A在一平推流反应器内发生液相分解反应，不同停留时间时反应器出口处A的浓度如下表所示，试分别采用积分法和微分法求该反应的反应级数和反应速率常数。

τ/min ρA /mg·L

－1

0 125

5 38.5

10 23.3

15 16.1

20 12.5

解：（1）积分法：

假设该液相分解反应为一级反应－rA=kρA，则有kτ＝lnρA0-lnρA。 根据表中数据，计算lnρA值，并做τ－lnρA曲线