化学反应工程第三章课后习题答案详解

化学反应工程第三章课后习题答案详解分析：等当量配料，随转化率提高，反响时间迅速增长；假设采用过量组分配料，随转化率提高，反响时间增长放慢。习题3-2解答(反响时间与反响体积无关〕习题3-3解答〔1〕PFR〔2〕CSTR解：〔1〕〔2〕操作条件不变，等体积反响器，那么习题3-4解答平推流全混流习题3-5解答习题3-6解答解：试求以下方案的转化率。〔4〕两个0.25m3的PFR串联习题3-7讲解3-7：以下各种情况下的反响体积。解：〔1〕单个PFR〔2〕单个CSTR〔3〕两个CSTR串联习题3-8讲解3-8：如何调节加料速率，解：当反响到达平衡转化率时加料速率减小到原来的1/3倍，可使转化率到达0.5。习题3-9讲解3-9：进料浓度为CA0。试证明在PFR中，L最大收率为证明：对于PFR：证毕。习题3-10解答：B大量过量，【分析与解答】结果为：解：〔1〕由于是间歇反响器，所以液相反响，前后体积不变；由此可确定L浓度。B组分大大过量，近似为一级反响；由此可简化速率方程。习题3-11解答解：对于CSTR：对于PFR：由于PFR中的选择率沿不同管截面而发生变化，其总选择率应为瞬时选择率的积分：证毕。习题3-12解答在平推流反响器中进展基元反响L为目的产物，，求L的最大收率及最优接触时间。解：根据同11题一样，求L的最大浓度。数学知识：一阶非齐次线性微分方程：的通解为那么该反响的最正确时间为：CL存在极大值的必要条件是：CL的最大浓度为：习题3-13解答CSTR求定状的反响温度和转化率。解：根据QR和QC方程确定定态点分别作T~QR、QC1QC2、QC3曲线，有5个交点，其中是稳态操作点2个，分别为Q1=187.09,和Q2=935.45;对应温度分别为:T1=310KT2=345K3、为什么将流动模型中的“混合〞称为“返混〞？12456101173981513121416171819202122232425262728291~30有序无序1~30物料粒子从出口流出状况①先流入的物料粒子不一定先流出②同时流入的物料粒子不一定同时流出③物料粒子在反响器内的停留时间各不一样反响器内的混合——不同停留时间的物料粒子间的混合，称之为返混。停留时间——①物料粒子从反响进口算起，到出口为止所消耗的时间；②物料粒子的标签，以区别物料在反响器内反响时间的不同；③描述物料粒子在反响器内返混程度强弱的一个参量。思考：如果停留时间等于平均停留时间的物料粒子越多说明该反响器内返混程度是强还是弱？第一节理想流动模型概述物料粒子：②反响物料的最小构成单元；①认识反响物料的一种概念模型；③既不属于微观粒子，也不属于宏观颗粒；④等同于流体质点假说；⑤其大小与原子、分子相比，是一个很大的集合体，但与宏观颗粒相比，是一个微缺乏道的微小单元。第一节理想流动模型概述流动模型1、理想置换——活塞流模型2、理想混合——全混流模型同一截面上组成、温度、流速、密度等均匀一致。不存在任何“返混〞现象反响器内均匀一致，浓度、温度等参数与出口浓度相等。到达最大程度的“返混〞第一节理想流动模型概述理想流动反响器：物料的流动状况具有理想流动模型特征的反响器称为理想流动反响器。间歇反响器活塞流反响器全混流反响器——无返混，物料粒子同进同出。——无返混，物料粒子同进同出。——返混程度极大，不同停留时间的物料粒子混合均匀。〔BSTR〕〔PFR〕〔CSTR〕连续流动反响器第一节理想流动模型概述没有混合〔BSTR〕〔PFR〕〔CSTR〕〔平推流反响器〕间歇反响器活塞流反响器全混流反响器第一节理想流动模型概述思考题：试比较混合与返混的区别。混合返混*不同外观特征的个体混和在一起的过程*不同停留时间的个体混和在一起的过程*仅仅是空间位置的搅混过程*不仅是空间位置的搅混过程，而且是时间顺序的搅混〔BSTR〕有混合无返混第一节理想流动模型概述偏离平推流的情况漩涡运动：涡流、湍动、碰撞填料截面上流速不均匀沟流、短路：填料或催化剂装填不均匀第一节理想流动模型概述偏离全混流的情况死角短路搅拌造成的再循环第一节理想流动模型概述流动状况对化学反响的影响-----由物料粒子的停留时间不同所造成短路、沟流停留时间减少转化率降低死区、再循环停留时间过长A+B→P：有效反响体积减少A+B→P→S产物P减少→停留时间的不均第一节理想流动模型概述反响器设计的根本内容选择适宜的反响器型式反响动力学特性+反响器的流动特征+传递特性确定最正确的工艺条件最大反响效果+反响器的操作稳定性进口物料的配比、流量、反响温度、压力和最终转化率计算所需反响器体积规定任务+反响器构造和尺寸的优化反响器设计的根本方程物料衡算方程某组分流入量=某组分流出量+某组分反响消耗量+某组分累积量流入流出反响器积累反响器设计的根本方程热量衡算方程带入的热焓=带出的热焓+反响热+热量的累积+传给环境的热量带入带出传给环境反响器累积反响器设计的根本方程动量衡算方程气相流动反响器的压降大时，需要考虑压降对反响的影响，需进展动量衡算。但有时为了简化计算，常采用估算法。例题讲解请考虑化学反响该反响在全混流反响器中进展，反响温度为20℃，液料的体积流量为0.5m3/h,CA0=96.5mol/m3,CB0=184mol/m3,催化剂的浓度CD=6.63mol/m3。实验测得该反响的速度方程为：rA=kCACD式中k=1.15*10-3m3/(mol.ks)。假设要求A的转化率为40%，试求反响器的体积。解：设A的转化率为x，那么有：对于全混流反响器，应有：3-7理想流动反响器的组合与反响体积比较比较基准一样的反响，〔一级不可逆反响〕一样进料流量和浓度一样温度和最终反响率一样体积比较参量〔比什么〕——不同组合方式下的出口浓度全混流平推流mi1对于i级……(a)CSTR——CSTR并联物料处理量V0均分到每个CSTR，那么结论：完成一样生产任务，假设改用两台同体积CSTR并联组合生产，剩余浓度低，转化率提高。分母增大剩余浓度低停留时间延长(b)CSTR——CSTR串联结论：完成一样生产任务，假设改用两台同体积CSTR串联组合生产，剩余浓度比(a)更低，转化率比(a)更高。(c)PFR——CSTR串联结论：完成一样生产任务，假设用PFR-CSTR串联组合生产，剩余浓度比(b)更低，转化率比(b)更高。(d)CSTR——PFR串联结论：完成一样生产任务，假设用CSTR-PFR串联组合生产，剩余浓度和转化率同©等效。(e)PFR——PFR并联结论：完成一样生产任务，假设用两台同体积PFR并联组合生产，出口浓度低，转化率较高。(g)PFR——CSTR并联结论：完成一样生产任务，假设用PFR–CSTR并联组合生产，剩余浓度为两者混合物的平均浓度。一样的反响，一样进料流量和浓度一样温度和最终反响率理想流动反响器反响体积比较比较基准比较参量〔比什么〕CSTR反响体积PFR反响体积——不同理想反响器的反响体积一样的反响，一样进料流量和浓度一样温度和最终反响率理想流动反响器反响体积比较比较基准比较参量〔比什么〕CSTR反响体积PFR反响体积——不同理想反响器的反响体积比较基准一样的反响，一样进料流量和浓度一样温度和最终反响率比较参量〔比什么〕〔一级不可逆反响〕多级CSTR与PFR比较〔b〕两个CSTR串联〔c〕PFR-CSTR串联〔d〕CSTR-PFR串联=〔c〕〔e〕PFR–PFR并联〔f〕PFR-PFR串联=〔e〕〔g〕PFR–CSTR并联其中〔e〕PFR–PFR并联和〔f〕PFR-PFR串联