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第四章 化学反应工程的基本原理 4-2 在一定条件下，SO2催化制取SO3的反应式为： 已知反应器入口处SO2的浓度是7.15%（摩尔分数，下同），出口物料中含SO2 0.48%, 求SO2的转化率。 解： ∵ ∴ 4-3 已知700℃、3(105Pa（绝压）下的反应：C4H10 → 2C2H4 + H2 （A） （B） 反应开始时C4H10为116kg。求当反应完成50%时，cA、pA、yA、cB各为多少？ 解：依题意 yA,0 = 1，xA = 50% cA,0 = = = 37.09kmol·m-3 cA = = = 9.27 kmol·m-3 pA = = = 7.5 ( 104Pa yA = = = 0.25 4-4 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 + H2O 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。 解：乙醇总消耗量 = 0.50 - 0.03 = 0.47kg 其转化率xA = ( 100% = 94% 设生成0.26kg乙烯需乙醇a kg a = = 0.427kg 乙烯的选择性 Sp = = 0.909 乙烯的收率 Yp = Sp· xA = 0.909 ( 0.94 = 0.854 4-5 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： CH3COOH + C4H9OH CH3COOC4H9 + H2O （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·s1。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）。 解：MA = 60 MB = 74 MR = 116 cA,0 = ( 750 = 1.753kmol·m-3 = 1753 mol·m-3 qn,A,0 = = 1.724 kmol·h-1 = 1.724 ( 103 mol·m-3 qV,0 = = = 0.9835m3·h-1 V = qV,0(tr + t/) = 0.9835 ( (32.78 + 30) ( = 1.03m3 VR = =1.47m3 4-6 某气相一级反应A →3R，反应速度常数k = 8.33×10-3s-1，在间歇反应器中进行，初始条件为纯A，总压为101325Pa。问1min后反应器总压为多少？ 解： 依题意 (A = = 2 yA,0 = 1 （1）求在间歇反应器中反应 1min后的xA，f 1 ( 60 = ln xA,f = 0.393 （2） 在保持反应器体积不变、等温下的变容反应： = ∴ P = P0 · = P0 ( = 101325 ( (1 + 2 ( 1( 0.393) = 1.81 ( 105Pa 4-9 在全混流反应器中进行等温反应A→B，测得反应速率(-rA)与cA的关系如下： cA,f(kmol·m-3) 1 2 3 4 5 6 8 10 (-rA) (kmol·m-3·min-1) 1 2 3 4 4.7 4.9 5 5 （1）若要达到xA,f = 80％，反应器体积为0.25m3，cA,0=10kmol·m-3，求进料体积流量。 （2）若要达到xA,f = 80％，cA,0 = 15kmol·m-3， qV,0 = 1m3·min1