4管式反应器4.1在常压及800r等温下在活塞流反应器中进行下列气相均相反应： C 6H 5CH 3 H 2 C 6H 6 CH4 在反应条件下该反应的速率方程为： r 1.5C T c H .5,mol /l .s式中G 及G 分别为甲苯及氢的浓度，mol/l ，原料处理量为2kmol/h ，其中甲苯 与氢的摩尔比等于1。

若反应器的直径为 50mm 试计算甲苯最终转化率为 95% 时的反应器长度。

解：根据题意可知甲苯加氢反应为恒容过程， 原料甲苯与氢的摩尔比等于1， 即： C T0 C H 0，则有： C T C H C T0(1 示中下标T 和H 分别代表甲苯与氢，其中：P T00.5 1.013 105RT 8.314 Q °C T 0 2/ 2所以，所需反应器体积为： X TV r Q 0C T0 0X T )CT0 1031073 5.681kmol /h 0.27810 3kmol / m 3 10 3kmol /s3 0.278 10dX T1.5C T CH .5 0.95Q 0C T0 dX TXTdX T 01.5C T .5c3 1515 0.43290 1.5(5.68 10 3) (1 X T )3.006 d21531.1m 所以，反应器的长度为：0.05 3.14/4(1T 1 3.006m 31.5 14.2根据习题3.2所规定的条件和给定数据，改用活塞流反应器生产乙二醇， 试计算所需的反应体积，并与间歇釜式反应器进行比较。

解：题给条件说明该反应为液相反应，可视为恒容过程，在习题 3.2中已 算出： Q 0 275.8l /h 所以，所需反应器体积： X A C A0 1.231mol / IV r Q 0C A0 0dXA kC A0(1 X A )(C B0 CA 0X A)275・8O.95 818.6lXkC A0 1 X A5.2 1.231 10.95由计算结果可知，活塞流反应器的反应体积小，间歇釜式反应器的反应体积大, 这是由于间歇式反应器有辅助时间造成的。

Q 0 X A4.3 1.013 x 105Pa 及20C 下在反应体积为0.5m 3的活塞流反应器进行一氧 化氮氧化反应：4232NO O 2 2NO 2 r NO 1.4 10 C NO C O 2,kmol /m .s 式中的浓度单位为kmol/m 3。

进气组成为10%NO,1%N9%Q,80%2,若进气流量为 0.6m 3/h （标准状况下），试计算反应器出口的气体组成。

解：由NO 氧化反应计量方程式可知此过程为变容过程，其设计方程为：V r CX AdX AC A04—2Q 01.4 104C A C B（ A）示中A,B 分别代表NO 和Q 。

由题意可知，若能求得出口转化率，由（ 得：y i0 ~^yA0X AA1 A y A0X A便可求出反应器出口气体组成。

已知:AQ1 I乍'°.10,y B0O.°9丨A20.6(273 20)/273 0.644m 3/h 1.7888 10 4m 3/sF i00.62.677 10 2kmol /h22.4C A0 22.677 100.1 / “c " 3[ [/ 3 4.159 10 kmol / m 0.644 C B0 2.677 10 2 0.09 33----------------------- 3.743 10 3kmol /m 30.644所以，反应速率为:2 214C A °(1 X A )(C B ° -C A 0X A ) r A 1.4 10 (1 0.05X A ) (1 0.05X A )314 104(1 X A ) (3.7432.078X A ) 1099.7% 用数值积分试差求得：X A 因此，再将有关数据代入(A )式：0.5 14 4.159 10 3 X A1.789 10 4(1 0.05X A )3(1 X A )2(3.743 2.078X A )dX A(B )2.54 )式(1 0.05X A )34.4在内径为76.2mm 的活塞流反应器中将乙烷热裂解以生产乙烯:C 2H 6 C 2H 4 H 2反应压力及温度分别为 2.026 x 105Pa 及815C 。

进料含50%(mol)C2H,其余为水蒸汽。

进料量等于0.178kg/s 。

反应速率方程如下：1 式中P A 为乙烷分压。

在815 C 时，速率常数k 1.0s,平衡常数4K 7.49 10 Pa ，假定其它副反应可忽略，试求：(1) (1) (2) (2) 解：(1) 衡式求取：此条件下的平衡转化率；乙烷的转化率为平衡转化率的 50%寸，所需的反应管长。

设下标A —乙烷，B —乙烯，H —氢。

此条件下的平衡转化率可按平K pP B P H P Ay Ay A0 y A0X A0.1(1 0.997) y By NO 21 0.05X A0.09 - 0.12 0.1 0.032%1 0.05 0.9970.997 ------- 4.227% 0.05 0.997 -0.1 0.9972 ----------------- 11.546% 1 0.05 0.997 0.884.197%1 0.05 0.997另：本题由于惰性气体M 占80%故此反应过程可近似按恒容过程处理, 有太大的误差。

y “2也不会dp AdtkP AiP iP iOP AO X AA1 yAO A X AyiOyAO X AA1 y AO A X AP i y i P1 1-1 y AO O.5,A= =11 y AyAO yAO XA0.5(1 XA e )1 y AO A X A 1 O.5X A ey Hy BO y AO X AA1 y AO A X A 0.5* X Ae1 0.5X Ae0.5* X Ae 1 0.5X AeP B P H P A2y B y H P Y A P0.5X 2Ae(1 0.5X Ae )(147.49* 14X Ae 0.61若以1摩尔Qf 为基准，反应前后各组分的含量如下:日2屮2。

，C 2H 6 C 2H 4反应前 1 0 0 12 平衡时 1-X e X e X 因此，平衡时各组分分压为： RX e P B k ，P H将其代入平衡式有： X 2( —)2 2.026 2 XeS PA 2 Xe R(1 X e) 2 Xe Xe Xe 105/ —2 解此一元二次方程得：X e 0・61 （2） （ 2）所需的反应管长：首先把反应速率方程变为 d P A /RTkpA 3A ,kmol /m .sdtRT以保证速率方程的单位与物料衡算式相一致。

已知： 0.178 0.50.0037kmol /s30 0.5 18 0.5 0.5X Ae 0.3057.49 104F AO X Af700代入物料衡算式有(A)(B)(P)(Q)3催化剂的堆密度为700kg/m,在277 C 时，B 的转化速率为：4.096 10 7(0.3 8.885 10 6 p Q )( p Bp P p Q /9.8p A )r B4,kmol/kg.sB3600(1 1.515 10 4p P )式中的分压以Pa 表示，假定气固两相间的传质阻力可忽略不计。

加料组成为23%B,46%A,31%Q 均为重量%,加料中不含酯，当 X B =35%寸，所需的催化剂量 是多少？反应体积时多少？乙酸乙酯的产量为 2083kg/h 。

解：由反应计量方程式知反应过程为恒容过程，将速率方程变为 B 组分转化率的函数，其中：p Bp B0(1 X B ), pAp A0 I^B0X Bp PP B 0X B ,P Qp Q0p B0X B为求各组分初始分压，须将加料组成的质量百分比化为摩尔百分比，即12.34%B,32.1%A,55.45%Q 于是有：p B00.1234 1.013 105 p A00.3220 1.013 105 P Q00.5545 1.013105F B02083U.0 188 kmol /3600 88 0.35将上述有关数据代入设计方程:F B0XBdX Br B采用数值积分便可得到所需的催化剂量: 其反应体积为：V rF AO 0X AfdX A X )R T0.0037 8.314 103 1088 0.3052 X*5 A dX A1 2.026 105 01 X A其反应管长：0.13m 3(0.0762)2 3.14/428.8m4.5于277C, 1.013 X 105Pa 压力下在活塞流反应器进行气固相催化反应C 2H 5OH CH 3COOHCH 3COOC 2H 5 H 2O W 1.01 104kgV r41.01 1014.5m 3(1u f 1.0945* 2021.89m / s由( 2.50 )式知：Q Q 0(1y A0 A X A )u U °(1 Y A 0 A X A )由已知条件，且考虑温度的影响可算出转化率为零时的线速度:其出口处气体线速度为:4.6二氟一氯甲烷分解反应为一级反应2CHCIF 2(g) C 2F 4(g) 2HCI (g)流量为2kmol/h 的纯CHCIF 2气体先在预热器预热至700C,然后在一活塞流反应 器中700E 等温下反应。

在预热器中 CHCIF 2已部分转化，转化率为20%若反应 器入口处反应气体的线速度为 20m/s ，当出口处CHCIF 的转化率为40.8%时，出 口的气体线速度时多少？反应器的长度是多少？整个系统的压力均为 1.013 X105Pa, 700E 时的反应速率常数等于0.97s -1。

若流量提高一倍，其余条件不变， 则反应器长度是多少？温度 线速度U 0 转化率X A 0=0 A,inf=T iNf A,f该反应为变容过程,2A1/2F A0F A °(1 X A 0)2(1 0.20) 1.61F B0B F A 0X A 0A1 * 2*20.2 0.2 1 F C 00.4F t0 2.2F AfF A 0(1 X Af )2(1 0.408) 1.184 F BfBF A0XAf1* 2* 0.408 0.408 A2F t 2.408U fU 0巳F t02.4082.21.0945U 。

U inT V A0 A X A ”)¥T 020 T 。

1 0.5 0.20 T in18.18m/ s解：反应历程如下图所示:inB 2C 其中 y A0h AF cf 2* 0.408 0.816T j5u 0(1 y A0 A X A ) - 18.18(1 0.5 0.408) 21.89m/sT 0由设计方程计算出反应器长度：L x Af dX A —Vr / Q in C A,in 。