《《化學(xué)反應(yīng)工程》(第五版)第二、第三章部分課后習(xí)題答案》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《化學(xué)反應(yīng)工程》(第五版)第二、第三章部分課后習(xí)題答案（125頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 2?5丁烯制丁二烯 C4H8 一＞C4H6+ H2 假設(shè)反應(yīng)按如下步驟進(jìn)行： (國(guó)(Q%)O(QZ)+Z (Q (VRdH ) (1) 分別寫(xiě)出A、C為控制步驟的均勻吸附動(dòng)力學(xué)方程； 寫(xiě)出B為控制步驟的均勻吸附動(dòng)力學(xué)方程，若反應(yīng)物 和產(chǎn)物的吸附都很弱，問(wèn)，此時(shí)反應(yīng)對(duì)丁烯是幾級(jí)反應(yīng)。 么^8="%% (1-kg A=1 1 -乞&嚴(yán)1/(1+”3*2為+方3蟲(chóng)阿) 2, M I = be風(fēng)Pc鳳 % 1 + 5小芒c血+如鳳屁4〃6 反應(yīng)屬于C；鳳化學(xué)吸附控制，根據(jù)平衡近似假設(shè): 由4式，又由表面反應(yīng)的化學(xué)平衡：Kp」c：P址a匕府 卩。吩” -5

2、任隔 Kp 將上2、3、4、5條件代入1式，又有血* 并令勺可得： 眼畑一2 Z銳叫曲K) +%如/滋5 (1) c為控制步驟 n J寸 kRcg - 比/滋(1 - 2X) 1 &L 1 一 Y/ = l/（l +九環(huán)+ 如心&朋）一 2, %坯= —TJy 3 亡1 1弋％風(fēng)Pc卓十勺/q佬 由題設(shè)知反應(yīng)屬世坷的脫附控制，根據(jù)平衡近似假設(shè)： PcaH^ = Pag Pl^P% 倉(cāng) 將2、3、4、5代入1式，又慾卷 由4式，又由表面反應(yīng)的化學(xué)平衡碼=筈卷=＞飛坷=竽魚(yú)-5 ［，并Wk ,可得： k心 嘰小P寸PcQ \+bcpQ%KplpQ 0風(fēng)P5%

3、（2）B為控制步驟 由％獷 - be血Py ① ]+*血卩c楓+―血卩牡％ -爐鳳吃--1 反應(yīng)屬于化學(xué)反應(yīng)控制，根據(jù)平衡近似假設(shè): 將上2、3代入1式，可得：么血 kbc血Pc楓如必他如 g _% 厶2 + be皿Pc血+力竝 1 + %疑他&8 +%血厶4如 （2）丁烯反應(yīng)級(jí)數(shù)判斷 = bceJc楓 4 8 *+如俺乙沁+如代”中 由題設(shè)知反應(yīng)屬于化學(xué)反應(yīng)控制，根據(jù)平衡近似假設(shè): = 臥少芒c楓 4 8 1 +如"口旳+力口以口卷 因?yàn)榉磻?yīng)物c血 產(chǎn)物吸附都很弱，即: be血Pc楓 5gPc血 1 所以，爲(wèi) 所以反應(yīng)對(duì)與丁烯，是1級(jí)反應(yīng)。

4、 0.001" Dnh.j 解：由雙分子擴(kuò)散系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式得: +——嚴(yán) NH. 一他 W Z=Nf Hf CHq Ar) 加;;+(”燈 又 7= 400 + 273.15^= 637.15X;7>= 30.4JZ羽； 為"昵》&\=6?12送(喚^ = 25.14; 為(廣16?2;工(耳昭"0?7; M” =28;如= 2\MC^ =16;J/^ = 40;^^ =17 帶入數(shù)據(jù)得： 如,“2 =3.14x10 3^2/亟刀磁馬=1.06x10 2tw2/5； DNHyCH。= 3?21xl(rm2 / 隔/^ 冷=3.08xl0"36W!r2 Is CH# /

5、/?不參加反應(yīng)，所以，心尸0;必=0。 又：化+3^0 2應(yīng) 所以： Nnr Nn Nr Nn 1 Nn 3 _ w= %=用艮卩％ =_丄 坷=_ 2 1 3 Nnh^ 2% 2 由Stefan?M越xwell方程得: D呱彌= Zr _ Za^3 Nj / N陋、 持 NH\ ^NH^j 即得: i _ -ynh.nNjn呱 -ynh.n% n呱 Dnh』 d 陋 空N] d 陋Hi + ycH, + yAr DNHyCH. D 代入數(shù)據(jù)得 =78732$/ cni 由于 % = 2叫1 Sg = 2*0.082

6、/(13.1 x 104) = L25x 10 6cm = 9700站叫 =7.64 x IO-2 cor2 /.r  (1)當(dāng)計(jì)入ATwsw伽擴(kuò)散時(shí) 11 DnH’g 。血“ 心7皿*7曲 得:%叫=分 豊 X 說(shuō)^2.50x10-“/$ (2)當(dāng)不計(jì)KKnudsen^t散時(shí) =78732$/曲 得"g 詣％ ?豊乂諾云2.54X10%*/$ 2J1求下述情況下，催化劑孔道中的W的有效擴(kuò)散系數(shù)。已知 氣體混合物中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)：加o=0?50，/co=0.1, Jco2=0.06,處2=0.24;溫度400C, 壓力0.7

7、09MPao催化劑平均 直徑10nm,孔隙率0.50，曲折因子2.06。 解： d=2ra = lOzrztf = 10"9zw => ra = 5 x 10~9zw = 5 x 10~7 cm IO-7 /673J5 V 28 a/2/；=市nio,為努森擴(kuò)散，所以有： Dkco = 9700^7^/^2 = 9700 x5x 10~7 =2.378 x 10~2 twsr2 Is "牛叫 諾如二器x2?378xl(f2 =5.772 x IO3 2-12用空氣在常壓下燒去催化劑上的積碳，催化劑顆粒直徑為 5nm,顆粒有效導(dǎo)熱系數(shù)X e=0?35J心ls?D每

8、燃燒lmolOz放出 熱量5.4X10% 燃燒溫度760C,時(shí)，氧在催化劑顆粒內(nèi)的有效 擴(kuò)散系數(shù)為5X107cm2/s。試估計(jì)定態(tài)下，催化劑顆粒表面與中 心的最大溫差。 解：由已知條件： ke = 0?35刀（皿風(fēng)&）; Az^（7； P） = -5.4 x 108 JI mol T= 760 + 273.15^= 1033.15K;% = 5x10 11 zv2 Is 常壓下的氣體可看作理想氣體混合物，所以: % 叫5皿21_ =紉沏/品 8.3145x1033.15  由球形催化劑內(nèi)組分的濃度差與溫度差的關(guān)系式 （T-兀）=如［-AW。］筆嚴(yán) O 0 A益=0“

9、[-A〃（74] 知當(dāng)顆粒中心處。2的濃度為零，即時(shí)，溫差最大。 代入數(shù)據(jù) 2 477 =5x10 nx5.4xl08x^^ 即 5 =0.191 廈 2-13乙烯直接水合制乙醇可視為對(duì)乙烯的一級(jí)不可逆反應(yīng)， 在300 C、7.09M7^T,后0?0904婦7?04 X 1(TW/j,采用直 徑與高均為5羽的圓柱形催化劑，求內(nèi)擴(kuò)散有效因子。 解：由已知條件： T= 300 + 273?15jT= 573?15/7>= 7.09 kyc = 0.09J1;= 7.04x/ j 對(duì)于不同形狀的催化劑顆粒，西勒模數(shù)均可表示為： F % 訃" 兀(2.5X10 3

10、)2 X(5X10 3) I―0.09 -2^(2.5xl0~3)2 +2^(2.5xl0-3)x(5xl0-3)\ 7.04xl0-8 =0.942 0 坯30) 3^ 0.942 + g-3x 0.942 0.942 ” x0.942 -3x0.942 =0.693 3 x 0.942 2?14某催化反應(yīng)在500C下進(jìn)行，已知本征反應(yīng)速率冊(cè)= 7?696X10-5匕％力@巧(式中Pa的單位為J/Pa)，催化劑為直徑與 高皆為5zww的圓柱體，pp=0?陽(yáng)曲，顆粒外表面力的分壓 A=0.101325JZPa，粒內(nèi)組分/的有效擴(kuò)散系數(shù)砌=0?025曲仏 求催化

11、劑的內(nèi)擴(kuò)散有效因子。 解：由題意知，此為二級(jí)反應(yīng) dN ▲ dN A dN ▲ -命5)；-扌孔心逾S) 又店=SgdW\ PpdVc =勿所以免=心耳;忍=kwPp 所以，rA - 7.696xl0"5 =7.696x 10~5 pp x (106 RVf (1(T6 C^f mol! (cm3 ? j) k叫=7.69 x 10-5 x 0.8 x (8.3145 x 773.15)2 cm3 !{mobs} =2.544 x 10’/ (zoZ? $) 由題意知，此為二級(jí)反應(yīng) 6 上 WC -乙兩7/ \%PJRT 2.544 xl03x 0.101325 8

12、.3145x773.15x0.025 _ ^(2.5x10-3)2x(5x103) ^2^(2.5x10-3)2 + 2^(2.5x10-3)x(5x10-3) =1.055 ■ 1 1 1 ^5x1.055 + ^-3x1.055 1 "3札) 30一 一 1.055 ^Jxl.055 _ ^-3x1.055 ■ 3x1.055 得 C = 0.91 習(xí)題3d解答 解：根據(jù)CSTR基本方程 當(dāng)。。/。旳=1 時(shí)，(―乙)=化7o(l —)2 dxA i 忌力0(1 —弓) kcAQ 5 "(If) _ 0 d

13、) 當(dāng)乙= 0.5時(shí), 當(dāng)乙二0.9時(shí), ^xA 二 0.99時(shí), 1 0.5 x 0.615x0.307 (1-0.5) 1 0.9 ? x 0.615x0.307 (1-0.9) 1 0.99 x 0.615x0.307 (1 — 0.99) | N0 (1-弓) 二 5.30(") :47.70(〃) 二 524.70(力) 當(dāng)咳匕0 =5時(shí)，（—乙）=0（1 _ 6（5—乙） 1 1

14、4他。 JO dx 4 (1-龍力)(5 -龍J dxA 0 (If) XA JO 二丄In 4心 5（1 —兮） 當(dāng)匕=0.5時(shí), 5-05 0.78(力) 厶= In = -4x0.615x0.307 5x(1 —0.5) 當(dāng)七=0.9時(shí), =2?79(力) In i9 4x0.615x0.307 5x(1-0.9) 當(dāng)％ = 0.99 時(shí)， 1 5-0 99 /? = In =5.81(^) -

15、4x0.615x0.307 5x(l-0.99) 分析：等當(dāng)量配料，隨轉(zhuǎn)化率提高，反應(yīng)時(shí)間迅速增長(zhǎng)； 若采用過(guò)量組分配料，隨轉(zhuǎn)化率提高，反應(yīng)時(shí)間增長(zhǎng)放慢。 習(xí)題3?2解答 已知??力 + 方—》C+Z?; CAQ = C肌-0.02刃o//Z k-5.6L /(min- mol); 根據(jù)冷= —— kJ (1- xa/) .?.當(dāng)％二1加3和，時(shí).?（反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)體積無(wú)關(guān)） Z_ 5.6x0.02(1-0.95) _169 64(mm) 0.95 解: 習(xí)題30解答 ⑴ PFR ^T=ln (1—%) ⑵CSTR氏二— （1 一 ％） 操作條件不變，等體

16、積反應(yīng)器，則 % (1 一 ％) =In = In (1一慘) (1) (2) (1-0.9) = 2.303 2.303 3.303 = 0.697 習(xí)題34解答 平推流初J T1=T2； 全混流k心- -EIR^ k-k^e -EIRT 0.7 叫— 0.7 /In 423_^ 8.314 83.68x1000 l-0.6] 8.314 83.68x1000 x 0

17、.9347; 7； =44 IK Go = — x 3.0 = \5mol / Z; Cpo = —x 2.0 = 1.0%?// L / 2 「 _「 _n? cz1.Ox0.8 L 7^0 — 7?0 — 5 XAf - - 習(xí)題3塔解答 =0.533; xBf ~ 0$； Go L5 CA = 1.5x(1-0.533) = 0.7; CP=-CR^ CB^xf = 1.0 x 0.8 = 0.8; Q=lx(l

18、 — 0.8) = 0.2; .」r _ ^A^XAf . y _ 心匚^? - ZCpC心 (乙)/ 0 1.5x0.533 人=01x0.7x0.2-1.7x0.8x0.8)=。仙皿 習(xí)題3七解答 已知? 乙二％C； = 11 Ami I (mol - min) p = 0.750加；人二 7.14Z/min; Qo = 7.14%//Z;試求下列方案的轉(zhuǎn)化率。 解：(1)串聯(lián)兩個(gè)體積0.25m3的CSTR T _ _ Go 乙 1 _石_花T 0.25 7.14x10」 =3 5 min

19、 /I H 彳2 — 彳一 H 35、c (1 — /)2—(i2)2 — 5 H 35 x 17.4 x 10—6 xs14x 103 H 4.35 4?35 — 9?7q + 4?35乩1 H OS 彳一 H 0.62 彳2—0.6,4 35 (1 — g) 4.97 — 9.7芒2 +4.353 n 0 芒J H 0?80 o (2) 一個(gè)0.25m3的CSTR,后接一個(gè)0.25m3的PFR 丁 - N - Co - —叮

20、\ 一 0.25 7.14x10」 dx4 =3 5 min 乙1 （1一龍力1）2 = 4.35; ?/ xAX = 0.62 XA1 XA2 62 (1-^2)2 = 4.35; 1 1一乙2 = 6.98; —1-占p0.86 =35 (3) 一個(gè)0.25m3的PFR，后接一個(gè)0.25m3的CSTR 0.25 7.14><10一3 ?% dxA =（兮2一 心）=435 1 = 4.35

21、; （1 一 XA\） = 0.81 （1一心）2 （1— 乙 2尸 （十2-0：1） = 4 35； 5.16 — 9.7 + 4.35巧=0 （1 —G x = 0.88 (4)兩個(gè)0.25m3的PFR串聯(lián) xa\ dx 4 叫dxA %疋 =— =35 min 7.14x10」 (1 — q)2 ?芒2 樣 倉(cāng)(1 —點(diǎn))2 4?35 1 0

22、習(xí)題3?7講解 3-7 已知：A― P rA - kCgp： Cpo - 0 k-X^/n" l(kmobs}\ 人-0.002zzz3 Qo = 2/cmoll zzz3; 問(wèn)乙二 0.98 時(shí)， 下列各種情況下的反應(yīng)體積。 解：(1)單個(gè)PFR  dx A 加二0(l —兀力)力0龍力 ，i dx A 0 (1 - xA}xA ?被積函數(shù)：/S) =—-—是關(guān)于乙= 0.5的對(duì)稱函數(shù)； (7)乙 ???原積分可改寫(xiě)為 z _心_ 2 廠張力| 2「J力力 do "(1 一弓)05 =-^―[In ——C = 2x，892 = 389 .2$ kCA. (

23、1-x^) 05 0.01 x 2 I = Kot = 0.002 x 389 .2 = 0.778 卅 (2)單個(gè)CSTR 根據(jù)z =旦=— VR = 2500 X % = 2500 x 0.002 = 5(zzz3) (3)兩個(gè)CSTR串聯(lián) 根據(jù) E 二 — — 匚0（耳2 - %1） 人 C1 匕2 m=\ 加二 2 ] _ （乙2 - %）. 兮=0 98 （1—乙J （1 —才力2 ）穴力2 XA\ Q 0?85 」R\ = 1 二 1 人 化 (1-0.01x2x(1-0.85) f = 333.33 x % = 333.33 x 0.0

24、02 = 0.67(zzz3) 乙=2乙=2x0.67 = 1.34(方) (0.98-0.85) 心 M：o(l-七2)%2 0.01 x 2 x (1 - 0.98) x 0.98 滬5 % 二 0.002 x 331.63 二 0.66(加彳) 習(xí)題3$講解 已知：A=R S = kg廠 r * 2 1 "??；切肓； 如何調(diào)節(jié)加料速率，使％=!? 解: 當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡轉(zhuǎn)化率時(shí) 2/3 ^ = AG-^2G= =2 （1一） 1 一不：1-2/3 力0（1-才：）

25、 7^02 k、_ k、/ _ 1 2 — 1 1 心 2心-走 2心仏-1 4-1 3 ?02 =亍人1 加料速率減小到原來(lái)的1/3倍，可使轉(zhuǎn)化 率達(dá)到0.5。 習(xí)題3$講解 3-9 已知：A- L （異構(gòu)反應(yīng)）乙 2A-H ?M （二聚反應(yīng)九"“ 進(jìn)料濃度為Cao。試證明在PFR中, L最大收率為皿土2式中」 a k、 5 5 證明: 5 對(duì)于PFR：，二 -噸

26、 —S 顯然當(dāng)C4 = 0時(shí)，C z值最大? 習(xí)題3T0解答 Y =—^— max j 廠 兀2 Jo ?5 d^k、+ 局G) 0 k\ + kA 1 +心 丄1 a kx a \ 1 =一ln(l + a) a 證畢。 習(xí)題3T0解答 習(xí)題3T0解答 已知：A + B耳L L+ B ?

27、M 習(xí)題3T0解答 習(xí)題3T0解答 CAQ = ^.Xkmol I nf b 大量過(guò)量， t Ca CM 七1 0. 055 0.038 七2 0.01 0.042 ⑴汁WT 【分析與解答】 液相反應(yīng)，前后體積不變；由此可確定L濃度。 B組分大大過(guò)量，近似為一級(jí)反應(yīng)；由此可簡(jiǎn)化速率方程。 結(jié)果為： 7； = kxCACB —啟Q； r2 = ~ L t Ca Cl CM 0. 055 0.007 0. 038 七2 0.01 0. 048 0. 042 解：（1）由于是間

28、歇反應(yīng)器，所以 _ p2_ de A = 血 % （—匕）血（一勺） 0.01 0.055 de A 「0.048 dCL hoO7 % O O 1 | 0.055 1 | 0.048 =—In = — In 局 0.01 k\ 0.007 O O 1.705 1.925 O O —叫］129 k{ k\ 1.705 (2)^577? :C 丁 = ? 厶 max ? 根據(jù)：（ 7

29、 力2 C _ 廠(1 厶max — u AQ \ j ) 《2 =0.1 x 0.346 = 0.0346 k. 缶『咬（1/才嚴(yán)一?。☉?yīng) 1.129 )1.129-1 (3)x〃 = ? O In k) 一 hi W2、hi — 1 In 1 129 2f:n^TT)lL39。 C40 0?l — 0?039 pll HP61 習(xí)題3■

30、們解答 解: ???，厶 ] 1 + 2乙 + c； 1 (I+Cj 對(duì)于CSTR： 由此可以看岀，只有當(dāng)％ = 0時(shí)，q有最大值 =勺0 _ 0 。厶max _（］ + 0）2 — 力0 對(duì)于PFR： ??*— 勺 = 1 ? 乙 %+n ]+2勺+刁 1 （1 + 乙）2 NO 4f CAQ - CAf CAQ _ CAf 由于PFR中的選擇率沿不同管截面而發(fā)生變化，其總選擇 率應(yīng)為瞬時(shí)選擇率的積分： J 1 J 1 1 t de 人 ~ % （1 + 乙） 1 + %

31、1 + CAQ 由此可以看出，只有當(dāng)乙/、= 0時(shí)，q有最大值 \ 1 _ 乙 0 ,max 1 + 1 + 乙0 1 + 乙0 證畢。 習(xí)題3』2解答 在平推流反應(yīng)器中進(jìn)行基元反應(yīng) 3^ ” L —? M N L為目的產(chǎn)物，已知k? = k\ + 、求L的最大收率及最優(yōu) 接觸時(shí)間。 Cr T/- 厶 max 解： 根據(jù) Anax= 二/勺 Go 同“題一樣，求L的最大濃度。 =k\CA + 仇=（心+切乙=k2CA k2 = k\ + k? ?.?_坐 dt cA — cAQe 2 de 又 T ―7： = Kca — Ml =

32、KCA^}e " - k2CL cL -幺""(Jk\CA0w. &tdt + 廠) 嚴(yán)（也（/+廠） ???當(dāng)心0時(shí),cL = 0;.?.廠=0 二CL = kj/t, Cl存在極大值的必要條件是：纟紜=0 dt 則該反應(yīng)的最佳時(shí)間為：収 r _ k C 1嚴(yán)應(yīng)—右乙0 Cl的最大濃度為：厶nwc -街Jo - 兀2 = ^=人乙0/金"= = 0.3679心/金 乙 0 CAQ o 習(xí)題3』3解答 已知.? CSTR 佟=10 刃七 C小=\hnoll n?; 人=0.0W7/; 5=2.20Lb7(^?); 卩=850稔/刃3; (-AZ^

33、) = 20000/^7/ kmol\ ^=1013 exp(—12000/7X，t 原料進(jìn)口溫度「7] = 290&,婦=300&,兔=310&, 求定狀的反應(yīng)溫度和轉(zhuǎn)化率。 W:根據(jù)Qr和Qc方程確定定態(tài)點(diǎn) 0 = (-W)5GM/(1 +詢 Qc = JKF + rQ pc- roy, z = Z = _12_ 二 1000(0； kf 二 0(絕熱) 人 0.01 o _ 20000 X10 x5xio13 exp(-12000 /T7) R — ~~1 + 1000 xl013exp(-12000 /7) _ 1018exp(-12000 /T7) ~ 1 +

34、1016 exp(-12000 IT) OCY = 0.01 x 850 x 2.201 x (7-290) = 18.7097-5425.465 QC2 = 0.01 x 850 x 2.201 x (7- 300) = 18.7097 — 5612.550 Qc = 0.01 X 850 X 2.201 x (7—310) =18?7097—5799.635 分別作T~Qr、Qci Qc2、Qc3曲線，有 5個(gè)交點(diǎn)，其中是穩(wěn) 態(tài)操作點(diǎn)2個(gè)，分別 為 Qi=187.09,和 Q2=935.45;對(duì)應(yīng)溫 度分別為： Ti=310K T2=345K 18.7097； —5

35、612.550 = 187.09 187.09+5612.550 18.709 = 310tT 935.45 + 5612.550 18.7097；-5612.550 =935.45 18.709 k、=1013 exp(-12000 /310) = 1.544 x 10_4(^_1) 局=1013 exp(-12000 /345) = 0.00784 (^1) ..T — ?人 W(i-%) 二 1000 (s) O O 豈 =1000

36、 (，) 1.544 xl0"4(l-x#1) 0.1544 「心 x.f} = = 0.144 爐 1.1544 0.00784（1 —jt妙2）一丄。。"） XAfl x對(duì)2 =^^ = 0.887 必 8.84 O 第一節(jié)理想流動(dòng)模型概述 第一節(jié)理想流動(dòng)模型概述 3、為什么將流動(dòng)模型中的嗨合稱為"返混”? 物料粒子從出口流出狀況 ① 先流入的物料粒子 不一定先流出 ? ② 同時(shí)流入的物料粒 子不一定同時(shí)流出 ③ 物料粒子在反應(yīng)器 內(nèi)的停留時(shí)間各不 相同 反應(yīng)器內(nèi)的混合——不同停留時(shí)間的物料粒子間 的混合，稱之為返混。

37、 停留時(shí)間 ①物料粒子從反應(yīng)進(jìn)口算起，到出口為 止所耗費(fèi)的時(shí)間； ② 物料粒子的標(biāo)簽，以區(qū)別物料在反應(yīng) 器內(nèi)反應(yīng)時(shí)間的不同； ③ 描述物料粒子在反應(yīng)器內(nèi)返混程度強(qiáng) 弱的一個(gè)參量。 思考：如果停留時(shí)間等于平均停留時(shí)間的物料粒子 越多說(shuō)明該反應(yīng)器內(nèi)返混程度是強(qiáng)還是弱？ 物料粒子：①認(rèn)識(shí)反應(yīng)物料的一種概念模型； ② 反應(yīng)物料的最小構(gòu)成單元； ③ 既不屬于微觀粒子，也不屬于宏觀顆粒; ④ 等同于流體質(zhì)點(diǎn)假說(shuō)； ⑤ 其大小與原子、分子相比，是一個(gè)很大 的集合體，但與宏觀顆粒相比，是一個(gè) 微不足道的微小單元。 第一節(jié)理想流動(dòng)模型概述 流動(dòng)模型 O

38、 第一節(jié)理想流動(dòng)模型概述 流動(dòng)模型 2、理想混合——全混流模型 1、理想置換——活塞流模型 CAf 達(dá)到最大程度的“返混” 反應(yīng)器內(nèi)均勻一致，濃度、 溫度等參數(shù)與出口濃度相等。 O 第一節(jié)理想流動(dòng)模型概述 連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器 理想流動(dòng)反應(yīng)器： 物料的流動(dòng)狀況具有理想流動(dòng)模型特征的反應(yīng)器 稱為理想流動(dòng)反應(yīng)器。 間歇反應(yīng)器一無(wú)返混，物料粒子同進(jìn)同出。 (BSTR) 活塞流反應(yīng)器一無(wú)返混，物料粒子同進(jìn)同出。 (PFR)

39、 全混流反應(yīng)器一返混程度極大，不同停留時(shí) (CSTR ) 間的物料粒子混合均勻o 第一節(jié)理想流動(dòng)模型概述 第一節(jié)理想流動(dòng)模型概述 (BSTR) (PFR) (CSTR) 間歇反應(yīng)器 活塞流反應(yīng)器 (平推流反應(yīng)器) 全混流反應(yīng)器 第一節(jié)理想流動(dòng)模型概述 思考題：試比較混合與返混的區(qū)別。 混合 不同外觀特征的個(gè)體 混和在一起的過(guò)程 *僅僅是空間位置的攪 混過(guò)程 廠有混合 返混 不同

40、停留時(shí)間的個(gè)體 混和在一起的過(guò)程 不僅是空間位置的攪 混過(guò)程，而且是時(shí)間 順序的攪混 (BSTR) 無(wú)返混 第一節(jié)理想流動(dòng)模型概述 第一節(jié)理想流動(dòng)模型概述 ?偏離平推流的情況 JL 漩渦運(yùn)動(dòng)：渦 流、湍動(dòng)、碰 截面上流 速不均勻 溝流、短路：填 料或催化劑裝填 撞填料 不均勻 第一節(jié)理想流動(dòng)模型概述 ?偏離全混流的情況 第一節(jié)理想流動(dòng)模型概述

41、 第一節(jié)理想流動(dòng)模型概述 死角 短路 攪拌造成 的再循環(huán) 第一節(jié)理想流動(dòng)模型概述 ?流動(dòng)狀況對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響 ——由物料粒子的停留時(shí)間不同所造成 巧停留時(shí)間減少 口轉(zhuǎn)化率降低 死區(qū)、 再循環(huán) 停留時(shí)間. 過(guò)長(zhǎng) 口 A+BTP：有效反應(yīng)體積減少 A+BTPTS 產(chǎn)物P減少 T停留時(shí)間的不均 O 反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本方程 選擇合適的反應(yīng)器型式 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性+反應(yīng)器的流動(dòng)特征+傳遞特性 確定最佳的工藝條件 最大反應(yīng)效果+反應(yīng)器的操作穩(wěn)定性進(jìn)

42、口物料的配 比、流量、反應(yīng)溫度、壓力和最終轉(zhuǎn)化率 計(jì)算所需反應(yīng)器體積 規(guī)定任務(wù)+反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和尺寸的優(yōu)化 物料衡算方程 某組分流入量二某組分流出量+某組分反應(yīng)消耗量+某組分累積量 流入 反應(yīng)器—流出 積累 k 反應(yīng)器 反應(yīng)單元 流入 量 流出 量 反應(yīng)量 累積 量 間歇式 整個(gè)反應(yīng)器 0 0 平推流（穩(wěn)態(tài)） 微元長(zhǎng)度 V J V 0 全混釜（穩(wěn)態(tài)） 整個(gè)反應(yīng)器 V V 0 非穩(wěn)態(tài) V V O 反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本方程 熱量衡算方程 帶入的熱焙二帶出的熱焙+反應(yīng)熱+熱量的累積+傳給環(huán)境的熱量

43、 帶入 反應(yīng)器 累積 帶出 皿二傳給環(huán)境 反應(yīng)器 反應(yīng)單元 帶入 量 帶出 量 反應(yīng)熱 累積 量 間歇式 整個(gè)反應(yīng)器 0 0 平推流（穩(wěn)態(tài)） 微元長(zhǎng)度 V J V 0 全混釜（穩(wěn)態(tài)） 整個(gè)反應(yīng)器 V V V 0 非穩(wěn)態(tài) V J J V 動(dòng)量衡算方程 氣相流動(dòng)反應(yīng)器的壓降大時(shí)，需要 考慮壓降對(duì)反應(yīng)的影響，需進(jìn)行動(dòng) 量衡算。但有時(shí)為了簡(jiǎn)化計(jì)算，常 采用估算法。 請(qǐng)考慮化學(xué)反應(yīng) 力+ e 催化劑?！穋 該反應(yīng)在全混流反應(yīng)器中進(jìn)行，反應(yīng)溫度為20C,液料 的體積流量為0. 5m3/h, Cao=96.

44、5mo I /m3, CB0=184mo I /m3, 催化劑的濃度Cd=6. 63mol/m3o實(shí)驗(yàn)測(cè)得該反應(yīng)的速度方 程為： r尸也久 式中kh. 15*1。弋用/(mo|.ks)o若要求A的轉(zhuǎn)化率為40%, 試求反應(yīng)器的體積。 解：設(shè)A的轉(zhuǎn)化率為x,則有： rA^kCA^-x）CD 對(duì)于全混流反應(yīng)器，應(yīng)有: CA^X o(i — /(I - x)CD = 87.4 島= 24.28力 0.40 (l?15xlOJ)(l —0?4)(6.63) 作=冷=0.5 x 24.28 = 12.1W 3-7

45、理想流動(dòng)反應(yīng)器的組合與反應(yīng)體積比較 比較基準(zhǔn) 比較參量 （比什么） 「相同的反應(yīng)，（一級(jí)不可逆反應(yīng)） 相同進(jìn)料流量和濃度 相同溫度和最終反應(yīng)率 不同組合方式下的出口濃度 相同體積 3-7理想流動(dòng)反應(yīng)器的組合與反應(yīng)體積比較 3-7理想流動(dòng)反應(yīng)器的組合與反應(yīng)體積比較 全混流 1 + kt 平推流 一 kt i 對(duì)于i級(jí) t = W 1人 5 7 k C

46、 O 結(jié)論：完成相同生產(chǎn)任務(wù)，若改用兩臺(tái)同體積CSTR 并聯(lián)組合生產(chǎn)，殘余濃度低，轉(zhuǎn)化率提高。 O (b) CSTR——CSTR 串聯(lián) 結(jié)論：完成相同生產(chǎn)任務(wù)， 若改用兩臺(tái)同體積CSTR串聯(lián) 組合生產(chǎn)，殘余濃度比(a)更 低，轉(zhuǎn)化率比(a)更高。 O 結(jié)論：完成相同生產(chǎn)任務(wù), 若用PFR-CSTR串聯(lián)組合 生產(chǎn)，殘余濃度比(b)更 低，轉(zhuǎn)化率比⑹更高。 1 +后 2 C心 1 + kx 一. (c) [

47、 PFR CSTR串聯(lián) 41 40 1 + AT <1 FR串耳 (d) fSTR 1 + kx. Qo 1 + kr =C0 "1 + /t 結(jié)論：完成相同生產(chǎn)任務(wù)， 若用CSTR - PFR串聯(lián)組合 生產(chǎn)，殘余濃度和轉(zhuǎn)化率同 (e) PFR——PFR并聯(lián) 結(jié)論：完成相同生產(chǎn)任務(wù)，若用兩臺(tái)同體積PFR 并聯(lián)組合生產(chǎn)，出口濃度

48、低，轉(zhuǎn)化率較高。 2 1 + —2Zt 1+2at T] = G = 2t (g) PFR ——CSTR并聯(lián) 1 +力 2 結(jié)論：完成相同生產(chǎn) 任務(wù)，若用PFR 一 CSTR并聯(lián)組合生產(chǎn)， 殘余濃度為兩者混合 物的平均濃度。 理想流動(dòng)反應(yīng)器反應(yīng)體積比較 -相同的反應(yīng)， 廠CSTR反應(yīng)體 積 比較參量 （比什么） 不同理想反應(yīng)器的反應(yīng)體積 _『％ 1/ [XA/ 牝 一 W石 「％ dxAy 4 J0 比較基準(zhǔn)」相同進(jìn)料流量和濃度 土 I相同溫度和最終反應(yīng)率 -相同的反應(yīng)， 廠CSTR反應(yīng)體 積 比較基準(zhǔn)」相同進(jìn)料流量和濃度

49、土 I相同溫度和最終反應(yīng)率 O 理想流動(dòng)反應(yīng)器反應(yīng)體積比較 O 理想流動(dòng)反應(yīng)器反應(yīng)體積比較 比較參量 （比什么） 不同理想反應(yīng)器的反應(yīng)體積 _『％ 1/ [XA/ 牝 一 W石 「％ dxAy 4 J0 O 多級(jí)CSTR與PFR比較 （一級(jí)不可逆反應(yīng)） 相同的反應(yīng), 比較基準(zhǔn)千相同進(jìn)料流量和濃度 L相同溫度和最終反應(yīng)率 Z* t=^a4r-1]/[lni4] (b)兩個(gè)CSTR串聯(lián) C4f 二 一6 二 ——-二—

50、/cmo/lzzz3 "(1 +后)2 (1 + 1X1)2 4 < =1-1x1 = 0.75 口 = 1—廠 —0 (c) PFR-CSTR串聯(lián) r 廠 士1"816 (d) CSTR - PFR串聯(lián)=(c) (e) PFR - PFR并聯(lián) _2 /ct i —2 xl xl oe = lx e =0.135 kmol Im3 1 = 0.865 (f) PFR - PFR串聯(lián)二(e) (g) PFR - CSTR并聯(lián) "屛宀 二丄［1X1X 丄 + 丄］二 0.234伽7卅 2 e1 1 + 2 -壬亠罟。66 其中（e） PFR - PFR并聯(lián)和（f） PFR - PFR串聯(lián)時(shí), 殘余濃度最低，轉(zhuǎn)化率最高。