反應(yīng)工程課后答案第二版

1、反應(yīng)工程 課后答案 第二版1緒論1.1在銀催化劑上進(jìn)行甲醇氧化為甲醛的反應(yīng)：2CH30H 02 2HCH0 2H202CH30H 302 2C02 4H20進(jìn)入反應(yīng)器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣 =2: 4 : 1.3（摩爾比），反應(yīng)后甲醇的轉(zhuǎn) 化率達(dá)72%,甲醛的收率為 69.2%。試計(jì)算（1）反應(yīng)的選擇性；（2）反應(yīng)器岀口氣體的組成。解：（1）由（1.7 ）式得反應(yīng)的選擇性為：S 0. 9611 96. 11%XO. 720（2）進(jìn)入反應(yīng)器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2: 4 : 1.3 （摩爾比），當(dāng)進(jìn)入反應(yīng)器的總原料量為lOOmol時(shí)，則反應(yīng)器的進(jìn)料組成為組分摩爾分率yio摩爾數(shù)

2、nio(mol)CHQH2/ (2+4+1. 3) =0. 274027. 40空氣4/ (2+4+1. 3) =0. 547954. 79水1. 3/ (2+4+1. 3) =0. 178117. 81總計(jì)1. 000100. 0組分摩爾數(shù)n(mol)CHJOH27. 40-x-y空氣54. 79-x/2-3y/2水17. 81+x+2yHCHOXCQy總計(jì)100+x/2+y/22x yx=72%; =69. 2% 227. 4 由甲醇的轉(zhuǎn)化率達(dá)72%解得 x=18. 96; y=0. 77所以，反應(yīng)器岀口氣體組成為：CH30H: 27.4 x y 100%=6.983% xylOO 22x

3、3y100%=40. 19% 空氣：xylOO 2217. 81x 2y 水： 100%=34. 87% xylOO 22xHCHO:100%=17. 26% xylOO22yCO2:100%=0. 6983% xylOO2254. 791.2工業(yè)上采用銅鋅鋁催化劑由一氧化碳和氫合成甲醇，其主副反應(yīng)如下:CO 2H2 CH3OH2C04H2 (CH3)20 H20CO 3H2 CH4 H204C08H2 C4H90H 3H20CO H20 C02 H2用率，生產(chǎn)由于化學(xué)平衡的限制，反應(yīng)過(guò)程中一氧化碳不可能全部轉(zhuǎn)化成甲醇，為了提高原料的利上采用循環(huán)操作，即將反應(yīng)后的氣體冷卻，可凝組份變?yōu)橐后w即為

4、粗甲醇，不凝組份如氫氣及一氧化碳等部分放空，大部分經(jīng)循環(huán)壓縮機(jī)后與原料氣混合返回合成塔中。下圖是生產(chǎn)流程示意圖放空氣體Akmol/h原料氣和冷凝分離后的氣體組成如下組分原料氣冷凝分離后的氣體COH2C02 26. 82 68. 25 1.46 15. 49 69. 78 0. 82CH4 0. 55 3. 62N2 2.92 10. 29粗甲醇的組成為CH30H 89. 15%, （CH3 20 3. 55%, C3H90H 1. 10%, H20 6. 20%,均為重量百分 率。在操作壓力及溫度下，其余組分均為不凝組分，但在冷凝冷卻過(guò)程中可部分溶解于粗甲醇中，對(duì)1kg粗甲醇而言，其溶解量為

5、C02 9. 82g, CO 9. 38g, H2 1.76g, CH42. 14g, N25. 38g0若循環(huán)氣與原料氣之比 為7.2 （摩爾比），試計(jì)算：（1）一氧化碳的單程轉(zhuǎn)換率和全程轉(zhuǎn)化率；（2）甲醇的單程收率和全程收率。解：（1）設(shè)新鮮原料氣進(jìn)料流量為100kmol/h,則根據(jù)已知條件，計(jì)算進(jìn)料原料氣組成以質(zhì)量分率表示如下：組分摩爾質(zhì)量yio(mol%)Fi0(ki nol/h)質(zhì)量分率Xx0%co2826. 8226. 8272. 05H2268. 2568. 2513. 1CO21 11.461.466. 164CH.160. 550. 550. 8443N2282. 922.

6、927. 844總計(jì)100100100組分摩爾質(zhì)量摩爾分率恥CO2815. 49H2269. 78CO2440. 82CH,163. 62N22810. 29總計(jì)100其中xi=yiiiimii經(jīng)冷凝分離后的氣體組成（亦即放空氣體的組成）如下：M' m=£yiMi=9. 554又設(shè)放空氣體流量為Akmol/h,粗甲醇的流量為 Bkg/h。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的 N2作衡算得：5. 38B/28X 1000+0. 1029A=2. 92 （A）對(duì)整個(gè)系統(tǒng)就所有物料作衡算得：100X10. 42=B+9. 554A （B） 聯(lián)立（A）、（B）兩個(gè)方程，解之得 A=26. 91kmol/h

7、B=785. 2kg/h反應(yīng)后產(chǎn)物中CO摩爾流量為FCO=0. 1549A+9. 38B/ (28X1000)將求得的A、B值代入得FC0=4. 431 kmol/h故CO的全程轉(zhuǎn)化率為FCO, 0 FCOXCO 83. 48%FC0, 026. 82由已知循環(huán)氣與新鮮氣之摩爾比，可得反應(yīng)器出口處的C0摩爾流量為F' CO, 0=100X0. 2682+7. 2X100X0. 1549=138. 4 kmol/h所以CO的單程轉(zhuǎn)化率為X'COFCO,0 FCO 16. 18%FC0,0138.4產(chǎn)物粗甲醇所溶解的C02、CO H2、CH4和N2總量D為(9.82 9.38 1.

8、 76 2. 14 5. 38)BD 0.02848Bkmol/hl000粗甲醇中甲醇的量為(B-D) X 甲 /Mm=(785. 2-0. 02848B) X0. 8915/32=21.25 kmol/h所以，甲醇的全程收率為Y 總=21.25/26. 82=79. 24%甲醇的單程收率為Y 單=21.25/138. 4=15. 36%2反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)2. 3已知在Fe-Mg催化劑上水煤氣變換反應(yīng)的正反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程為：式中yCO和yC02為一氧化碳及二氧化碳的瞬間摩爾分率，0. IMPa壓力及700K時(shí)反應(yīng)速率常數(shù)kW等于0.0535kmol/kg.h,如催化劑的比表面積為30m2/g,堆密

9、度為1. 13g/cm3,試計(jì)算：(1) 以反應(yīng)體積為基準(zhǔn)的速率常數(shù)kVo(2) 以反應(yīng)相界面積為基準(zhǔn)的速率常數(shù)kg。(3) 以分壓表示反應(yīng)物系組成時(shí)的速率常數(shù)kg。(4) 以摩爾濃度表示反應(yīng)物系組成時(shí)的速率常數(shù)kC。解：利用(2. 10)式及(2.27)式可求得問(wèn)題的解。注意題中所給比表面的單位換算成m2/m3o 0. 85 kwyC0yC02kmol/kg h(l)kv bkw 1. 13 103 0.0535 60.46kmol/m3. h0. 4r(2) kgvkw bb 3010 6kmol/m2. hk 1.78 10w3(3) kp () nkw 0 0. 45 0. 0535

10、0. 1508P0. 1013kg. h. (MPa) 0. 4533n0. 45 kc ()kw ()0. 0535 0. 333()0. 45()2.6T面是兩個(gè)反應(yīng)的 TT圖，圖中AB是平衡曲線，NP是最佳溫度曲線，AM是等溫線，HB是等轉(zhuǎn)化率線。根據(jù)下面兩圖回答：(i) 是可逆反應(yīng)還是不可逆反應(yīng)(2) 是放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)？(3) 在等溫線上，A,D,O,E,M點(diǎn)中哪一點(diǎn)速率最大，哪一點(diǎn)速率最?。吭诘绒D(zhuǎn)化率線上，H,C,R,O,F及B點(diǎn)中，哪一點(diǎn)速率最大，哪一點(diǎn)速率最小?(5) C,R兩點(diǎn)中，誰(shuí)的速率大？(6) 根據(jù)圖中所給的十點(diǎn)中，判斷哪一點(diǎn)速率最大？解：圖2.1圖2. 2(1)

11、可逆反應(yīng)可逆反應(yīng)(2) 放熱反應(yīng)吸熱反應(yīng) M點(diǎn)速率最大，A點(diǎn)速率最小M點(diǎn)速率最大，A點(diǎn)速率最小0點(diǎn)速率最大，B點(diǎn)速率最小H點(diǎn)速率最大，B點(diǎn)速率最小(5) R點(diǎn)速率大于 C點(diǎn)速率C點(diǎn)速率大于 R點(diǎn)速率(6) M點(diǎn)速率最大 根據(jù)等速線的走向來(lái)判斷H,M點(diǎn)的速率大小。2. 14在Pt催化劑上進(jìn)行異丙苯分解反應(yīng)：C6H5CH (CH3) 2 C6H6 C3H6以A,B及R分別表示異丙苯，苯及丙烯，反應(yīng)步驟如下：(1) A A(2) ABR(3) BB若表面反應(yīng)為速率控制步驟，試推導(dǎo)異丙苯分解的速率方程。下:解：根據(jù)速率控制步驟及定態(tài)近似原理，除表面反應(yīng)外，其它兩步達(dá)到平衡，描述如A AA B RKA

12、pA V rA k A kpR BAA KApA VrA k A k PR B KB p B B KBpB V 以表面反應(yīng)速率方程來(lái)代表整個(gè)反應(yīng) 的速率方程： 由于 A B V 1將 A, B 代入上式得：KApA V KBpB V V 1整理得：1 KApA KBpB將 A, B, V 代入速率方程中 V 1KAPA KBPBPRk(PA PBPR/KP)rA 1 KAPA KBPB1 KAPA KBPB 其中 k kKA KP kKA/kKB2. 15 在銀催化劑上進(jìn)行乙烯氧化反應(yīng)：2C2H4 02 2C2H40化作 2 (A) (B2) 2 (R)其反應(yīng)步驟可表示如下：(1) A A(2

13、) B2 2 2B(3) A B R相應(yīng)(4) R R 若是第三步是速率控制步驟，試推導(dǎo)其動(dòng)力學(xué)方程。 解：根據(jù)速率控制步驟及定態(tài)近似原理，除表面反應(yīng)步驟外，其余近似達(dá)到平衡，寫(xiě)出的覆蓋率表達(dá)式：(DAA A KApJK"湛A V(2)B2 2 2B速率方程來(lái)表示:rA k A B k R V B V R KRpR V整個(gè)反應(yīng)的速率方程以表面反應(yīng)的根據(jù)總覆蓋率為1的原則，則有：A B R V 1或iiP卜KApA V V KRpR V V 1整理得：KAPA+KBP"KRPRV將A, B, R, V 代入反應(yīng)速率方程，得："PA厄-中/K（I + 火.Pa +K

14、成夕 + A rpr ）22rA kKApV kpRKR V其中k kK K k/kKR3釜式反應(yīng)器3. 1在等溫間歇反應(yīng)器中進(jìn)行乙酸乙酯皂化反應(yīng)：CH3C00C2H5 NaOH CH3COONa C2H5OH該反應(yīng)對(duì)乙酸乙酯及氫氧化鈉均為一級(jí)。反應(yīng)開(kāi)始時(shí)乙酸乙酯及氫氧化鈉的濃度均為0. 02mol/l,反應(yīng)速率常數(shù)等于5. 61/mol. min 。要求最終轉(zhuǎn)化率達(dá)到 95%。試問(wèn):(1) 當(dāng)反應(yīng)器的反應(yīng)體積為lm3時(shí)，需要多長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間?(2) 若反應(yīng)器的反應(yīng)體積為2m3,所需的反應(yīng)時(shí)間又是多少？解：XAfdXdXIX CAO 2220( RA)kAOCAO(l XA)kCA01 XAt

15、CAOXAfOIO. 95169. 6min(2.83h)5. 6 0. 021 0. 95(2)因?yàn)殚g歇反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)器的大小無(wú)關(guān)，所以反應(yīng)時(shí)間仍為2.83ho3. 2擬在等溫間歇反應(yīng)器中進(jìn)行氯乙醇的皂化反應(yīng)：CH2C1CH20H NaHC03 CH20HCH20H NaCl C(以 生產(chǎn)乙二醇，產(chǎn)量為 20 kg/h,使用 15% (重量)的 NaHC03水溶液及30% (重量)的氯乙醇水溶液作原料，反應(yīng)器裝料中氯乙醇和碳酸氫鈉的摩爾比為1： 1,混合液的比重為1.02。該反應(yīng)對(duì)氯乙醇和碳酸氫鈉均為一級(jí)，在反應(yīng)溫度下反應(yīng)速率常數(shù)等于5. 21/moI.h,要求轉(zhuǎn)化率達(dá)到 95%(1

16、) 若輔助時(shí)間為0.5h,試計(jì)算反應(yīng)器的有效體積；(2) 若裝填系數(shù)取0.75,試計(jì)算反應(yīng)器的實(shí)際體積。解：(1)氯乙醇，碳酸氫鈉，和乙二醇的分子量分別為80. 5,84和62kg/kmol,每小時(shí)產(chǎn) 乙二醇：20/62=0. 3226 kmol/h 0. 3266 80. 5 91. Ilkg/h每小時(shí)需氯乙醇 ：0.95 30% 0. 3266 84 190.2kg/h每小時(shí)需碳酸氫鈉：0. 95 15%原料體積流量：Q0 91. 11 190. 2 275. 81/hl. 02 0. 3266 1000 1.231mol/10. 95 275. 8氯乙醇初始 濃度：反應(yīng)時(shí)間：CAOt C

17、AO XAfOXAfdXAldXAlO. 952.968h2 OkCACBkCAO (1 XA)5.2 1.2311 0.95 反應(yīng)體積： Vr QO(t t') 275. 8 (2. 968 0. 5) 956. 51Vr956. 5V 12751f0. 75 (2)反應(yīng)器的實(shí)際體積：3. 8在一個(gè)體積為3001的反應(yīng)器中86°C等溫下將濃度為 3. 2kmol/m3的過(guò)氧化氫異丙苯溶液分解：0. 08S-I,最終轉(zhuǎn)化率達(dá)C6H5C(CH3)2C0H CH3C0CH3 C6H50H生產(chǎn)苯酚和丙酮。該反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)溫度下反應(yīng)速率常數(shù)等于98. 9%,試計(jì)算苯酚的產(chǎn)量(1

18、) 如果這個(gè)反應(yīng)器是間歇操作反應(yīng)器，并設(shè)輔助操作時(shí)間為15min;(2) 如果是全混流反應(yīng)器；(3) 試比較上二問(wèn)的計(jì)算結(jié)果；(4) 若過(guò)氧化氫異丙苯濃度增加一倍，其他條件不變，結(jié)果怎樣？解：(1)XAfdXdXII CAO InO( RA)kAOCAO(l XA)kl XAt CAOXAfOllln 56. 37s 0.94min0.81 0.989Vr QO(t tO) Q0(0.94 15) 3001Q0 300/15.94 18.821/min苯酚濃度苯酚產(chǎn)量 C 苯酚 CAOXA 3. 2 0. 989 3. 165mol/l QOC 苯酚18.82 3.165 59. 56mol/

19、min 335.9kg/hQOXAfk(l XAf) 全混流反應(yīng)器 VrQ0 QOCAOXAfkCAO(l XAf)Vrk(l XAf)XAf 300 0. 08(1 0. 989)0. 26691/s 16.021/min0.989苯酚產(chǎn)量 QOC 苯酚 16.02 3. 2 0. 989 50. 69mol/min 285. 9kg/h(3) 說(shuō)明全混釜的產(chǎn)量小于間歇釜的產(chǎn)量，這是由于全混釜中反應(yīng)物濃度低，反應(yīng)速度慢的原因。(4) 由于該反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)，由上述計(jì)算可知，無(wú)論是間歇反應(yīng)器或全混流反應(yīng)器，其原料處理量不變，但由于CAB增加一倍，故 C個(gè)反應(yīng)器中苯酚的產(chǎn)量均增加一倍。3. 14等

20、溫下進(jìn)行1.5級(jí)液相不可逆反應(yīng)：ABC反應(yīng)速率常數(shù)等于5ml. 5/kmoll. 5. h, A的濃度為2kmol/m3的溶液進(jìn)入反應(yīng)裝置的流量為1.5m3/h,試分別 計(jì)算下列情況下A的轉(zhuǎn)化率達(dá)95%寸所需的反應(yīng)體積：(1)全混流反應(yīng)器；(2)苯酚也增加 一倍，故上述 兩兩個(gè)等體積的全混流反應(yīng)器串聯(lián)；(3)保證總反應(yīng)體積最小的前提下，兩個(gè)全混流反應(yīng)器串解：(1)全混流反應(yīng)器Vr Q0CA0XA1.5 2 0. 9518. 021.51.51.51.5kCA0(l XA)5 2 (1 0. 95)m3(2) 兩個(gè)等體積全混流反應(yīng)器串聯(lián)QCXVrl 1.5kCl. 5(1 X)AOA1Vr2 Q

21、0CA0 (XA2 XA1)1. 5kCl. 5(1 X)A0A2由于Vrl Vr2,所以由上二式得：X(X X) (1 XA1) 1.5(1 XA2)1.5將XA2=0. 95代入上式，化簡(jiǎn)后試差解得XA仁O. 8245,所以：Vrl QCX 2. 3791.51.5kCA0(l XAl)m3串聯(lián)系統(tǒng)總體積為：Vr 2Vrl 4. 758(3) 此時(shí)的情況同(1),即Vr 18.03m3 m33. 15原料以0. 5m3/min的流量連續(xù)通入反應(yīng)體積為20m3的全混流反應(yīng)器，進(jìn)行液相反應(yīng):2R DrA klCA2rD k2CRCA,CR為組分A及R的濃度。rA為組分A的轉(zhuǎn)化速率，rD為D的生

22、成速率。原料中A 的濃度等于 0. Ikmol/m3, 反應(yīng)溫度下，kl=0. lmin-1, k2=l. 25m3/kmol. min,試計(jì)算反應(yīng)器岀口處 A的轉(zhuǎn)化率及R的收率。解：Vr2. 040minQ00. 5CA0XAX klCA0(l XA)0. 1(1 XA) 所以：XA 0. 80, CA CA0(l XA) 0. 02kmol/m3CR 402klCA 2k2CR即為：2100CA CR 0.08 0CR 0. 02372kmol/m3YR CO. 023720. 2372CA00. 14管式反應(yīng)器4. 1在常壓及800°C等溫下在活塞流反應(yīng)器中進(jìn)行下列氣相均相反應(yīng)

23、：C6H5CH3 H2 C6H6 CH4在反應(yīng)條件下該反應(yīng)的速率方程為：0. 5r 1.5CTCH, mol/1. s式中CT及CH分別為甲苯及氫的濃度， mol/1,原料處理量為2kmol/h,其中甲苯與氫的摩爾比等于 1。若反應(yīng)器的直徑為 50mm試計(jì)算甲苯最終轉(zhuǎn)化率為95%寸的反應(yīng)器長(zhǎng)度。解：根據(jù)題意可知甲苯加氫反應(yīng)為恒容過(guò)程，原料甲苯與氫的摩爾比等于1,即：CTO CH0 則有：CT CH CTO(1 XT)示中下標(biāo)T和H分別代表甲苯與氫，其中：pTOO.5 1.013 105 33CT05.68 10kmol/mRT8. 314 103 1073FTO QOCTO 2/2 Ikmol

24、/h 0.278 10 3kmol/s所以，所需反應(yīng)器體積為：0.95dXT(l 0.95) 2.5 13 0.278 100.43293.006m01.5(5.68 10 3)1.5(1 XT)1.51.5 13.006 1531. Im2 所以，反應(yīng)器的長(zhǎng)度為：0. 05 3. 14/434. 2根據(jù)習(xí)題3. 2所規(guī)定的條件和給定數(shù)據(jù)，改用活塞流反應(yīng)器生產(chǎn)乙二醇，試計(jì)算所需的反應(yīng)體積，并與間歇釜式反應(yīng)器進(jìn)行比較。解：題給條件說(shuō)明該反應(yīng)為液相反應(yīng)，可視為恒容過(guò)程，在習(xí)題3. 2中已算岀：lol /1Q0 275. 81/h CAO 1.23m所以，所需反應(yīng)器體積：Vr QOCAOXAOdXA

25、kCAO(l XA)(CBO CAOXA)Q0XA275. 80. 95818. 61kCA01 XA5. 2 1.23110.95由計(jì)算結(jié)果可知，活塞流反應(yīng)器的反應(yīng)體積小，間歇釜式反應(yīng)器的反應(yīng)體積大，這是由于間歇式反應(yīng)器有輔助時(shí)間造成的。4. 8在管式反應(yīng)器中400°C等溫下進(jìn)行氣相均相不可逆吸熱反應(yīng)，該反應(yīng)的活化能等于 39.77kJ/molo現(xiàn)擬在反應(yīng)器大小，原料組成及岀口轉(zhuǎn)化率均保持不變的前提下(采用等溫操作)，增產(chǎn)35%,請(qǐng)你擬定一具體措施(定量說(shuō)明)。設(shè)氣體在反應(yīng)器內(nèi)呈活塞流。解：題意要求在反應(yīng)器大小，原料組成和岀口轉(zhuǎn)化率均保持不變，由下式：Vr/QO CAO XAOdX

26、kf(XA)可知，反應(yīng)器大小，原料組成及岀口轉(zhuǎn)化率均保持不變的前提下，Q0與反應(yīng)速率常數(shù)成正比，而 k又只與反應(yīng)溫度有關(guān)，所以，提高反應(yīng)溫度可使其增產(chǎn)。具體值為：39770Ae解此式可得:T2=702. 7Ko即把反應(yīng)溫度提高到702. 7K下操作，可增產(chǎn) 35%。4. 9根據(jù)習(xí)題3. 8所給定的條件和數(shù)據(jù)，改用活塞流反應(yīng)器，試計(jì)算苯酚的產(chǎn)量，并比較不同類型反應(yīng)器的計(jì)算結(jié)果。解：用活塞流反應(yīng)器：397708. 314 673 1 0. 35 1.351Vr/Q0 CAO XAOdXll lnkCAO (l XA ) kl XA將已知數(shù)據(jù)代入得：0. 311 InQOO. 081 0. 9893

27、Q 0. 319m/min,所以苯酚產(chǎn)量為：解得：OFAOXA QOCAOXA 0.319 3.2 0.989 1.01kmol/min的產(chǎn)由計(jì)算可知改用 PFR的苯酚產(chǎn)量遠(yuǎn)大于全混流反應(yīng)器的苯酚產(chǎn)量，也大于間歇式反應(yīng)器量。但間歇式反應(yīng)器若不計(jì)輔助時(shí)間，其產(chǎn)量與PFR的產(chǎn)量相同（當(dāng)然要在相同條件下比較）4. 11 根據(jù)習(xí)題 3. 15 所給定的條件和數(shù)據(jù)，改用活塞流反應(yīng)器，試計(jì)算：（1）所需的反 應(yīng)體積；（2）若用兩個(gè)活塞流反應(yīng)器串聯(lián)，總反應(yīng)體積是多少？解：（1 ）用PFR時(shí)所 需的反應(yīng)體積：0. 5QCdX 0. 5（1 X） 1 Al. 51. 5 kCAO （l XA ）O. 5k1.

28、09 94kg/min 94.99kg/minVr QOCAO XAO1. 5 2000 0. 5 0. 53（1 0.95 ） 1 1.47m 0.5 0. 1581（2）若用兩個(gè)PFR串聯(lián)，其總反應(yīng)體積與（1）相同。5 停留時(shí)間分布與反應(yīng)器流動(dòng)模型5. 2 用階躍法測(cè)定一閉式流動(dòng)反應(yīng)器的停留時(shí)間分布，得到離開(kāi)反應(yīng)器的示蹤劑與時(shí)間的關(guān)系如下：0 c （ t ） t 21 t 22 t 3t3試求：(1)該反應(yīng)器的停留時(shí)間分布函數(shù)F( 9 )及分布密度函數(shù)E( 6)。2 (2)數(shù)學(xué)期望及方差。(3) 若用多釜串聯(lián)模型來(lái)模擬該反應(yīng)器，則模型參數(shù)是多少？(4) 若用軸相擴(kuò)散模型來(lái)模擬該反應(yīng)器，則模

29、型參數(shù)是多少？求反(5) 若在此反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行一級(jí)不可逆反應(yīng)，反應(yīng)速率常數(shù)k=lmin-l,且無(wú)副反應(yīng)，試應(yīng)器出口轉(zhuǎn)化率。解： 由圖可知 C(8)=l.o,而 F(O)=F(t)=C(t)/ C(-), 所以：Ot 2, F( ) F(t) t 22 t 3,It 3,0.80.81.21.2OdF(t) E(t) Idt 0Ot 22 t 3t 33 ttE (t)dt tdt 2. 5min2=所以:2. 50 E( ) tE(t)0. 80.8 1.2 1.2(2)由于是閉式系統(tǒng)，故 t Vr/Q,所以1方差12E( )d12. 5 2d 1 0.01333 00.82N1/1/0.013

30、33 75(3)由(5.20)式可得模型參數(shù)N為2由于返混很小，故可用2/Pe,所以：22Pe2/2 2/0.01333150(5) 用多釜串聯(lián)模型來(lái)模擬，前己求得 N=75,應(yīng)用式(3.50)即可計(jì)算轉(zhuǎn)化率：1 2.575XA 1 1/(1 k) 1 1/(1 ) 0.9145N75 N5.5已知一等溫閉式液相反應(yīng)器的停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)=16texp(-4t),min-1, 試求:(1)平均停留時(shí)間；(2)空時(shí)；(3) 空速；(4) 停留時(shí)間小于Imin的物料所占的分率；(5) 停留時(shí)間大于Imin的物料所占的分率；(6) 若用多釜串聯(lián)模型擬合，該反應(yīng)器相當(dāng)于幾個(gè)等體積的全混釜串聯(lián)

31、？(7) 若用軸向擴(kuò)散模型擬合，則模型參數(shù)Pe為多少？(8) 若反應(yīng)物料為微觀流體，且進(jìn)行一級(jí)不可逆反應(yīng)，其反應(yīng)速率常數(shù)為6min-l,CA0=lmol/l,試分別采用軸向擴(kuò)散模型和多釜串聯(lián)模型計(jì)算反應(yīng)器岀口轉(zhuǎn)化率，并加以比較；微觀(9) 若反應(yīng)物料為宏觀流體，其它條件與上述相同，試估計(jì)反應(yīng)器岀口轉(zhuǎn)化率，并與 流體的結(jié)果加以比較？解：(1)由(5. 20)式得:t tE(t)dt tl6te 4tdt 0.5min00(2) 因是閉式系統(tǒng)，所以：t 0.5min(3) 空速為空時(shí)的倒數(shù)，所以:S 11 2min 10. 51 4t 4t (4) F(l) E(t)dt 16tedt 4te00

32、110 4 e 4tdt 0.908401所以，停留時(shí)間小于Imin的物料所占的分率為90. 84%,(5) 1 F(l) 1 0. 9084 0. 0916o停留時(shí)間大于 Imin 的物料占 9.16%。(6) 先計(jì)算方差：2()E( )d E( )d24 e 2 d 12220003 2e 1 0.520根據(jù)多釜串聯(lián)模型參數(shù)與方差的關(guān)系得：N 12 1 20. 52 (7)因0.5,所以返混程度較大，故擴(kuò)散模型參數(shù)Pe與方差關(guān)系應(yīng)用:2 22 2(1 e Pe)PePe米用試差法得：Pe=2. 56o串聯(lián)模型(8)因是一級(jí)不可逆反應(yīng)，所以估計(jì)反應(yīng)器岀口轉(zhuǎn)化率既可用擴(kuò)散模型，也可用多釜 或離析流