河北科技大学化学与制药工程学院：《化学计量学》第三章 理想流动反应器（3.3）化学反应（2/3）

1.A+()=(A) ∑ 2.(A)=(B)+S 1+6,PA+bBPB+b Pl +bM M 3.(B)=B+() 6. p 1+bptbp+.ptb MM S不被吸附,分母中没有 1为控制步骤时: B S B S A K K AB S k P-kb, p K -k Pa-k6,=aA 1+b,P,+b 1+A8-stbp K BB P

1. A+( )=(A) 2. (A)=(B)+S 3. (B)=B+( ) 1为控制步骤时： * * * * 1 1 1 1 A A B B L L M M i n i +b P +b P +b P +b P − = =  * * * * * 1 A A B B L L M M A A A b P b P b P b P b P + + + +  = PB = PB * * S不被吸附，分母中没有 PS p B S p B S A K P P K P P P = = * * B B p A B S p d A B S a A A A B B a A d A A A a A d A b P K b P P K k b P P k P b P b P k P k b P r k P k + + − = + + − = − = 1 1 * * * 0 

请考虑化学反应+B-催化剂DC 该反应在全混流反应器中进行,反应温度为 20℃C,液料的体积流量为05m3/h, CA0=965m/m3CB0=184mo/m3催化剂 的浓度C=663m/m3。实验测得该反应的速 度方程为: TA=KCACD 式中k=115*103m3/( monks)。若要求A的 转化率为40%,试求反应器的体积

请考虑化学反应 A B C + ⎯催化剂 ⎯ ⎯D → 该反应在全混流反应器中进行，反应温度为 20℃，液料的体积流量为0.5m3/h, CA0=96.5mol/m3, CB0=184mol/m3,催化剂 的浓度CD=6.63mol/m3。实验测得该反应的速 度方程为： rA=kCACD 式中k=1.15*10-3m3/(mol.ks)。若要求A的 转化率为40%，试求反应器的体积

解:设A的转化率为x,则有: ra=kCAo( -xCD 对于全混流反应器,应有: 0(x-x Cox X kCao(1-x)Cd k(1-xCD 0.40 -=874ks=24.28h (1.15×10-)(1-0.4)(663) R=V0z=0.5×24.28=12.14m3

解：设A的转化率为x，则有： A A CD r kC (1 x) = 0 − 对于全混流反应器，应有： A D D A A A k x C x k C x C C x r C x x (1 ) (1 ) ( ) 0 0 0 0 − = − = −  = 87.4k s 24.28h (1.15 10 )(1 0.4)(6.63) 0.40 3 = =  − = −  3 VR =V0  = 0.524.28 =12.14m

例题 某二级液相反应A+B→C,已知 Ao Bo y 在间歇反应器中达到 x=099,需反应的时间为10min,问: (1)在全混流反应器中进行时,Tm应为 多少? (2)在两个串联全混流反应器(反应体 积相等)中进行时,Tm又是多少?

某二级液相反应A+B→C，已知 CAo=CBO ，在间歇反应器中达到 x=0.99，需反应的时间为10min,问： (1) 在全混流反应器中进行时， 应为 多少？ (2) 在两个串联全混流反应器(反应体 积相等)中进行时， 又是多少？ 例题 m  m 

解:在间歇反应器中,对二级反应 0.99 k= 9.9 C(1-x)10C0(1-0.99) A0 (1)在单个CSTR中 XX kC10(1-x) X 0.99 9900 k 0(1-x)2C0(1-0.99)2C (1)=(2)则 R=1000 min

0 0 0 9.9 10 (1 0.99) 0.99 (1 ) A CA CA C x x k = − = − =  （１）在单个CSTR中 2 0 k C (1 x) x A −  = 解：在间歇反应器中，对二级反应   0 2 0 2 0 9900 (1 0.99) 0.99 (1 ) A CA CA C x x k = − = − = 1000min 0 = = V VR m  (1)=(2) 则 (1) (2)

(2)两个CSTR串联 CsTR-1 0A0A1 kCAO(1-XAuVRI RI 。kC0(1-xn) (3) CSTR-1: VOCA(X2-x=kC4o(1-X)VR2 R2 A2 X Vo kCA(1-x) RI R2 R 42-AkC10(1-xn2) 代入(3) R=396 2k=2×396=792min 0 0

(2) 两个CSTR串联 2 2 2 1 0 2 2 (1 ) A o A R A A k C x x x V V − −  = = 1 2 1 2 0 0 1 0 (1 ) A A A A VR V C x = k C − x 2 1 1 0 1 1 (1 ) Ao A R A k C x x V V −  = = 2 2 2 2 0 0 2 1 0 ( ) (1 ) A A A A A VR V C x − x = k C − x CSTR-1: CSTR-1: VR1 =VR2 =VR 2 0 2 0 1 2 (1 ) A A R A A k C x V V x = x − − (3) (4) 2 2 39.6 79.2min 0 = =  = V VR 39.6  0 = V 代入 VR (3)

对平行-串联反应 A+B→R k 125526(R7)2 B R+B→S 167368(RT RB 选取最佳的操作方式。 解:对于A,A=2、R—>SA ↓↓↓↓ 应选用高 CAo per反应器。 R Cg与生成R无关,尽管B可以任意方式加入 对于B,B m2s为维持高C考虑B分段加入为佳 对于温度,E1<E2应选用低温

对平行-串联反应 R B RT A B RT R B S r k e C C A B R r k e C C 167368/ ( ) 2 2 0 125526/ ( ) 2 1 1 0 − − + → = + → = 选取最佳的操作方式。 解：对于A, A R S ⎯n1⎯=2 → ⎯n ⎯2 =1 → 应选用高CA0, PFR反应器。 对于B, B S R m m ⎯ ⎯→ ⎯ ⎯→ = = 2 1 2 1 A B CB与生成R无关，尽管B可以任意方式加入, 为维持高CA,考虑B分段加入为佳 对于温度，E1<E2 , 应选用低温