5. 试说明精馏段操作线方程和提馏段操作线方程的物理意义。 6. 写出?线方程，说明?的定义及物理意义。

7. 实现精馏操作的必要条件是什么？为什么？当qn,D、qn,F、xf、xd一定时，R的增加或减少，所需的理论塔板数如何变化？

8. 什么叫全回流？全回流操作时有什么特点？它有什么实际意义？

9. 精馏操作，当qn,D/qn,F、xf、R一定时，欲提高xd, 则xw及所需理论塔板将如何变化？ 10. 某精馏塔在操作时：

（1）增大qn,D/qn,F， 回流比不变，则精馏结果将使xd、xw、?如何变化？ （2）保持qn,F、xf、?、qn,V'不变，减小qn,D/qn,F，则R、xd、xw、?将如何变化？ （3）保持qn,F、?、xd、xw不变，增大xf, 则qn,D、R、qn,L/qn,V如何变化？

11. 操作中的精馏塔，因进料预热器内加热蒸汽压力降低使进料?值增大。若qn,F、xf 、R、qn,D不变，qn,L、qn,V、qn,L/、qn,V/、qn,W、xd、xw将如何变化？

第五章 化学反应器

例1. 含有丙烯和丙烷各1kmol的混合气体，在644K和定压3.4MPa下使丙烯聚合，其反应的简化式为 2C3H6 +（C3H8）→ C6H12 +（C3H8）

（A） （I） （S）

其中丙烷是惰性物质。当丙烯的转化率达到75％时，试求：（1）各组分的摩尔分率；（2）丙烯的分压，丙烯的摩尔浓度。

解：依题，这是等温变容过程。

1?2?A???0.52 yA,0 = 0.5 yI,0 = 0.5 PA,0 = 0.5 × 3.4 = 1.7MPa （1） 各组分的摩尔分率

yA,0(1?xA)0.5?(1?0.75)yA???0.1538 1??AyA0xA1?(?0.5)?0.5?0.75

s1yA,0xA0??0.5?0.75a2yS???0.23081??AyA0xA1?(?0.5)?0.5?0.75yS,0?

（2）丙烯的分压

（3）丙烯的浓度

例2. 有一气相分解反应：A → R + S，（-rA）= kCA2。反应温度为500℃，k=0.25m3·(kmol·s)-1。 反应在内径为0.0.25m、长0.1m的活塞流反应器中进行，器内维持在0.MPa（绝压），进料中仅含A，求当xA=20％时，反应条件下的平均停留时间与空间时间。

解：这是一个等温变容过程：

1?1?1?A??11yA,0=1 ?AyA,0=1

CA,0?PA,0101.3??0.01576kmol?m?3 RT8.314(273?500)??CA,0?0

xAdxAxA?CA,0?02kCAdxA22(1?xA)kCA0(1?xA)2

1xA(1?xA)2140.2?dx?[?4ln(1?x)?x]?AAA0kCA,00(1?xA)2kCA01?xA

?

1?4????ln(1?0.2)??0.2?40.25?0.01576?1?0.2?

= 78.33S

平均停留时间：

t??V0xAdxAdV?CA,0?0(?r)(qvA1?xA)

?1kCA,0?xA0dxA1?(1?xA)2kCA,0(1?x)A(1?xA)2xA?xA01?xAdxA2(1?xA)

1?kCA,0?2??ln(1?x)A??1?xA??0

?2?1??ln(1?x)A??0.25?0.01576?1?xA?0xA

= 70.27s

可见，对于变容过程，??t。当?A>0时，??t。

例3. 已知某均相反应，（-rA）= 0.0174CA2 kmol·m-3·min-1。物料密度恒定为750kg·m-3, 加料流率为7.4×10-3 m-3·min-1，CA,0=7.14kmol·m-3, 反应在等温下进行，试计算下列方案的转化率为多少？

（1）串联两个0.25m3的全混流反应器；

（2）一个0.25m3的混流反应器。后接一个0.25m3的活塞流反应器。

0.25?1??2??35.01min解：(1) 7.14?10?3

xxA,11?1?CA,0?2A,1??2kC(1?x)kCA,01?xA,1 A,0A1

x135.01??A,10.0174?7.141?xA,1

xA,1 = 62.91%

?2?CA,0

xA,2?xA,1xA,2?xA,11??22KCAkCA,0(1?xA,2) ,0(1?xA,2)35.01?

x?62.19%1?A,20.0174?7.14(1?xA,2)2

xA,2 = 79.85%

（2）由（1）已知τ1=τ2= 35.01min xA,1 = 62.19%

?2?CA,0?x

xA,2A,1dxA22kCA,0(1?xA)

xA,2? 35.01?11?kCA01?xA0.6219

xA,2 = 85.70%

111?(?)0.0174?7.141?xA,21?0.6219

例4. 在某一反应器内用脉冲法输入法测定E(t)曲线时，得下表数据： t(min) E(t)(min-1)

试求物料在反应器中的平均停留时间及?t2、??2。

0 0 5 0.03 10 0.05 15 0.05 20 0.04 25 0.02 30 0.01 解： ∵ △t相同

E?

∴

?tE(t)?E(t)00??

?5?0.03?10?0.05?15?0.05?20?0.04?25?0.02?30?0.010.03?0.05?0.05?0.04?0.02?0.01

=15min

习 题

设在一定条件下其化学反应速率 r = 3.22×10-3mol·m-3·s-1。试求以各组分表示的反应速率(?rN2)、(?rH2)、rNH3各为多少？

2. SO2催化氧化制取SO3的反应式如下：

25SO2 O2 SO2 + ?231. 合成氨的反应式为:

VO

已知反应入口处SO2的浓度是7.05%（mol%），出口产物中SO2的浓度为0.54%(mol%)，求其出口转化率。

3. 乙烷裂解制乙烯的气相反应，通常在管式裂解炉内进行。裂解炉内排列若干根管径为?114×7mm的耐热合金钢管，每一根相当于一个管式反应器，其裂解反应段长度为100m。已知原料气中约含乙烷76.9%，水蒸气23.1%（均为体积％）；入口温度为800℃，压力为0.1MPa（表压）；进料质量流率为2.5t·h-1, 试求：

（1）起始总摩尔流率； （2）起始乙烷摩尔流率；

（3）空管速率（按入口状态计）；

（4）空间速度（分别按入口状态和标准状态计算）； （5）空间时间（分别按入口状态和标准状态计算）。

4. 乙醇在装有氧化铝催化剂的固定床反应器中脱水，生成乙烯： C2H5OH → C2H4 + H2

测得每次投料0.50kg乙醇，可得0.26kg乙烯，剩余0.03kg乙醇未反应。求乙醇转化率、乙烯的产率和选择性。

5. 对气相反应 A → B＋C，若在一定温度下，总压为202.6kPa，且进料中只有A。试求当反应进行到A的转化率为xA时各组分的分压。

6. 某气相一级反应A →3R在间歇搅拌釜中进行，在反应条件下，反应速度常数k=8.33×10-3s-1。初始条件为纯A，总压为101325Pa。问1min后反应器总压为多少？

7. 在间歇操作搅拌釜中用醋酸和丁醇反应生产醋酸丁酯，反应式为：

24?? CH3COOC4H9 + H2O CH3COOH + C4H9OH ??HSO （A） (B) （R） （S）

已知反应在100℃下进行，动力学方程为 (-rA)=2.9?10-7cA2mol·m-3·s-1。反应物配比为丁醇: 醋酸 ＝ 4.972 : 1（摩尔比），每天生产醋酸丁酯2400kg（忽略分离损失），辅助生产时间为30min，混合物的密度视为常数。等于750kg·m-3，试求当醋酸的转化率为50％时所需反应器的体积大小（装料系数取0.7）。

8. 用H2SO4作催化剂，把过氧化氢异丙苯（称CHP）分解成苯酚和丙酮是一级反应，今在一等温间歇反应罐中进行反应，当反应经历30S时，取样分析CHP的转化率为90％，试问若转化率达到99％还需多少时间？

CH3CCH3OOHH2SO455 COOHO+H3CCCH3

9. 在间歇搅拌釜式反应器中进行醋酐水解反应，其化学方式式为：

(CH3CO)2O + H2O = 2CH3COOH A B P

醋酐的起始浓度CA,0=0.3kmol·m-3。由于水大大过量，该反应可视为一级反应，其动力学方程式为：rA= kCA

当反应在313K恒温下进行时，k = 22.8h-1。若该反应器的反应体积为2.0m3，装卸料辅助时间按0.5h计，试以最大平均产量为优化目标，确定醋酐的最佳转化率和物料的最大日处理量。

10. 根据习题7所给的反应条件和产量试计算活塞流反应器的有效体积VR=?与间歇操作搅拌反应器比较说明了什么？