题目
在CSTR反应器中，A被转化成C,反应速率方程为-(r)_(A)(molcdot (L)^-1cdot (s)^-1)=0.15(c)_(A).(1) 假定流量为100L/s，A的初始浓度cA0为0.10mol/L,转化率xA为90%。试求所需反应器的体积。(2)设计完成时，工程师发现该反应级数应该是0级而不是1级。速率方程应该为:-(r)_(A)(molcdot (L)^-1cdot (s)^-1)=0.15(c)_(A).试问这对反应的设计有何影响?
在CSTR反应器中，A被转化成C,反应速率方程为
(1) 假定流量为100L/s，A的初始浓度cA0为0.10mol/L,转化率xA为90%。试求所需反应器的体积。
(2)设计完成时，工程师发现该反应级数应该是0级而不是1级。速率方程应该为:
试问这对反应的设计有何影响?
(1) 假定流量为100L/s，A的初始浓度cA0为0.10mol/L,转化率xA为90%。试求所需反应器的体积。
(2)设计完成时，工程师发现该反应级数应该是0级而不是1级。速率方程应该为:
试问这对反应的设计有何影响?
题目解答
答案
参考答案：
解析
步骤 1：计算一级反应的停留时间
对于一级反应，反应速率方程为 $-{r}_{A}=0.15{c}_{A}$。在CSTR反应器中，反应物A的转化率 $x_{A}$ 为90%，即 $x_{A}=0.9$。初始浓度 ${c}_{A0}$ 为0.10 mol/L，转化率 $x_{A}$ 为90%，则反应后的浓度 ${c}_{A}$ 为 ${c}_{A0}(1-x_{A})=0.10(1-0.9)=0.01$ mol/L。根据反应速率方程，可以计算停留时间 $t$：
$$
t=\frac{{c}_{A0}-{c}_{A}}{k{c}_{A}}=\frac{0.10-0.01}{0.15\times 0.01}=60s
$$
步骤 2：计算一级反应的反应器体积
根据流量 $q=100L/s$ 和停留时间 $t=60s$，可以计算反应器体积 $V$：
$$
V=q\times t=100\times 60=6000L
$$
步骤 3：计算零级反应的停留时间
对于零级反应，反应速率方程为 ${r}_{A}=0.15mol/(L\cdot s)$。根据反应速率方程，可以计算停留时间 $t'$：
$$
t'=\frac{{c}_{A0}-{c}_{A}}{k}=\frac{0.10-0.01}{0.15}=0.60s
$$
步骤 4：计算零级反应的反应器体积
根据流量 $q=100L/s$ 和停留时间 $t'=0.60s$，可以计算反应器体积 $V'$：
$$
V'=q\times t'=100\times 0.60=60L
$$
对于一级反应，反应速率方程为 $-{r}_{A}=0.15{c}_{A}$。在CSTR反应器中，反应物A的转化率 $x_{A}$ 为90%，即 $x_{A}=0.9$。初始浓度 ${c}_{A0}$ 为0.10 mol/L，转化率 $x_{A}$ 为90%，则反应后的浓度 ${c}_{A}$ 为 ${c}_{A0}(1-x_{A})=0.10(1-0.9)=0.01$ mol/L。根据反应速率方程，可以计算停留时间 $t$：
$$
t=\frac{{c}_{A0}-{c}_{A}}{k{c}_{A}}=\frac{0.10-0.01}{0.15\times 0.01}=60s
$$
步骤 2：计算一级反应的反应器体积
根据流量 $q=100L/s$ 和停留时间 $t=60s$，可以计算反应器体积 $V$：
$$
V=q\times t=100\times 60=6000L
$$
步骤 3：计算零级反应的停留时间
对于零级反应，反应速率方程为 ${r}_{A}=0.15mol/(L\cdot s)$。根据反应速率方程，可以计算停留时间 $t'$：
$$
t'=\frac{{c}_{A0}-{c}_{A}}{k}=\frac{0.10-0.01}{0.15}=0.60s
$$
步骤 4：计算零级反应的反应器体积
根据流量 $q=100L/s$ 和停留时间 $t'=0.60s$，可以计算反应器体积 $V'$：
$$
V'=q\times t'=100\times 0.60=60L
$$