化學反應工程第四章答案

1、 4-1 在定態(tài)操作反應器的進口物料中脈沖注入示蹤物料。出口處示蹤物濃度隨時間變化的情況如下。假設在該過程中物料的密度不發(fā)生變化，試求物料的平均停留時間與停留時間分布函數，并求方差。時間t/s01202403604806007208409601080示蹤物濃度/06.512.512.510.05.02.51.000解 t/min02468101214161806.512.512.510.05.02.51.00000.0650.1250.1250.1000.050.0250.1000000.130.50.750.80.50.30.140000.2624.56.453.60.19600應用辛普森法

2、積分可得 = min24-2 無量綱方差表達式的推導 （1）推導無量綱方差； （2）推導CSTR的。 1. 2. 證明： 4-3 設及分別為閉式流動反應器的停留時間分布函數及停留時間分布密度函數，為對此停留時間。（1）若該反應器為平推流反應器，試求F(1); E(1);F(0.8);E(0.8);F(1.2)（2）若該反應器為全混流反應器，試求F(1); E(1);F(0.8);E(0.8);F(1.2)（3）若該反應器為非理想流動反應器，試求F(); F(0);E();E(0);； 解 1平推流模型 2 全混流 ， 3非理想流動模型a 多釜串聯(lián) ， 4-4 C(t)t/min 4-18圖用階

3、躍法測定某一閉式流動反應器的停留時間分布，得到離開反應器的示蹤劑濃度與時間的關系，如圖4-18所示。試求 （1）該反應器的停留時間分布函數及分布密度函數； （2）數學期望 及方差； （3）若用多釜串聯(lián)模型來模擬該反應器，則模型參數是多少？ （4）若用軸向擴散模型來模擬該反應器，則模型參數是多少？ （5）若在此反應器內進行1級不可逆反應，反應速率常數，且無副反應，試求反應器出口轉化率。 解（1）. ， ， （2）. （3）. 多釜串聯(lián)模型 (4). 軸向擴散模型 試差 Pe=0.001 (5). 4-5. 為了測定某一閉式流動反應器的停留時間分布，采用脈沖輸入法，反應器出口物料中示蹤劑濃度與時間

4、關系如下:t/min0123456789100035664.53210試計算（1）反應物料在該反應器中的平均停留時間及方差（2）停留時間小于4.0min的物料所占的分率。 解 t(min)012345678910()0035664.53210000.0980.1640.1970.1970.1480.0980.0660.0330000.1960.4920.7920.9900.8900.6860528029700003921.47631684955328480242242,6730應用辛普森法積分（1）. （2）. 4-6將一定量的示蹤劑從一管式流動反應器的進口處注入，并在該反應器的出口處連續(xù)檢測

5、示蹤劑的濃度，得到如下數據：t/min0481216202428320.03.05.05.04.02.01.00.00.0（1）試根據上述實驗數據計算平均停留時間；（2）如果在該管式反應器中進行一級不可逆反應，試計算反應物A的平均轉化率；（3）試根據理想平推流模型計算平均轉化率并與（2）結果進行比較；（4）若按照多級CSTR模型處理，求模型參數N和停留時間分布函數F(t)。 解tmin04812162024283203554210000.03750.06250.06250.050.0250.01250000.150.50.750.80.50.30000.64912.8107.20000.031

6、30.04360.03640.02430.01020.004200（1）. 應用辛普森法則 ， 1/min （2）. ， （3）.平推流 ，返混造成了實際轉化率下降了50多。（4）多級CSTR串聯(lián)模型 ， 00.340.6821.0231.361.7052.0462.3872.72800.0440.2960.5750.7870.9080.9640.9861 4-7. 用階躍法測定某一閉式流動反應器的停留時間分布，得到離開反應器的示蹤劑濃度與時間的關系如下：t/s0152535455565759010000.51.02.04.05.56.57.07.77.7（1）試求該反應器的停留時間分布函數及

7、平均停留時間；（2）若在該反應器內的物料為微觀流體，且進行1級不可逆反應，反應速率常數，預計反應器出口出的轉化率；（3）若在該反應器內的物料為宏觀流體，其他條件不變，試問反應器出口處的轉化率是多少?解. （1） ， t s0152535455565759010000.51.02.04.05.56.57.07.77.700.060.130.260.520.710.840.91110471352191376001.8892.0062.2595.4811.2150.5040.16460.06670（2）. 微觀（3）. 宏觀，對于一級反應宏觀流體與微觀流體轉化率一樣 4-8. 已知一等溫閉式流動反應

8、器的停留時間分布密度函數min-1試求：（1）平均停留時間；（2）空時；（3）空速；（4）停留時間小于1min的物料所占得分率；（5）停留時間大于1min的物料所占的分率；（6）若用CSTR串聯(lián)模型來模擬反應器，則模型參數（N）為多少？ 解. （1） min （2）. 空時min（3）. 空速 min-1（4）. （5）. （6）. CSTR串聯(lián)模型參數為： 4-9 在一個全混釜中，等溫下進行零級反應AB，反應速率為，進料濃度，流體在反應器內的平均停留時間，請按下列情況分別計算反應器出口轉化率： （1）若反應物料為微觀流體； （2）若反應物料為宏觀流體; 解. AB ， （1）.微觀流體 ，

9、（2）宏觀流體，零級反應，反應速率與濃度無關， ，與微觀流體轉化效果相同 4-10 在具有如下停留時間分布的反應器，等溫進行一級不可逆反應AP，反應速率常數為。 試分別用軸向擴散模型和直接用RTD加權的方法計算該反應器的出口轉化率，并對計算結果進行比較。 解. ， （1）. 用RTD計算 （2）用軸向擴散模型,試差得Pe=1.45,代入書中（4-62）式中，得：Da=k=2，q=（1+4Da/Pe）0.5=（1+8/1.45）0.5=2.55xA=1-4×2.55e2.55/2/(1+2.55)2e1.45×2.55/2-(1-2.55)2e-1.45×2.55/

10、2=0.5782因此，用擴散模型來計算返混較大的流動過程誤差很大，模型不適合。4-11 苯醌和環(huán)戊二烯進行液相反應：A+BC反應在298K下進行，該反應的速率方程為，液體的進料速度為0.278L/s,苯醌和環(huán)戊二烯的初始濃度均為0.08mol/L，在真實管式反應器中進行，測得停留時間分布數據如下：040801201602002402803200.03.05.05.04.02.01.00.00.0求（1）平均停留時間下的平推流反應器轉化率和反應體積； （2）在真實流動下，達到平推流轉化率時的反應器體積； （3）在真實流動下，與平推流反應器體積相同時的轉化率。 解0408012016020024028032003554210003.756.256.2552.81.250000.150.50.750.80.560.300064067.51281127200 ， （1）平推流 （2）. 真實流動下達到 時，