化學(xué)反應(yīng)工程（本）階段練習(xí)三一、填空CSTR中的濃度和溫度與出口濃度和溫度相等。循環(huán)管式反應(yīng)器的循環(huán)比是循環(huán)物料的流量與離開反應(yīng)系統(tǒng)的流量之比。返混是不同時(shí)刻進(jìn)入反應(yīng)器物料間的混合。返混起因于空間的反向運(yùn)動(dòng)和不均勻的速度分布。返混使反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)物濃度下降，產(chǎn)物濃度上升。限制返混的措施主要是——橫向分割和縱向分割。返混程度可以通過停留時(shí)間分布的進(jìn)行測定。CSTR的返混程度最大，無因次方差等于的返混程度最小，無因次方差0。微觀混合對(duì)小于一級(jí)的反應(yīng)的影響是有利的。返混對(duì)簡單不可逆反應(yīng)、可逆反應(yīng)、串聯(lián)反應(yīng)、平行反應(yīng)>n）等反應(yīng)不利。1 2返混對(duì)平行反應(yīng)<n）有利。1 2二、單選或多選題⑴在PFR中停留時(shí)間大于平均停留時(shí)間的流體粒子占全部粒子的百分比a %a.0% b.50% c.75% d.100%⑵實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器催化劑裝填高度 20cm，操作線速度為1.5cm/s。若工業(yè)反應(yīng)器催劑高度為2m，空速與實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器相同，則工業(yè)反應(yīng)器流體線速度為 C 。a.5.0cm/s b.10cm/s c.15cm/s d.20cm/s⑶理想流動(dòng)反應(yīng)器模型包A，D 。a.全混流模型 b.整體模型c.收縮未反應(yīng)芯模型d.平推流模型⑷停留時(shí)間分布的數(shù)字特征包。a.方差 b.對(duì)比時(shí)間c.數(shù)學(xué)期望 d.分布函三、圖解題1rA⑴畫出下圖濃度范圍內(nèi)PFR與1rA11rACAf CA0 CA CAf CA0 CA⑵畫出下圖平行反應(yīng)的反應(yīng)器最優(yōu)組合或CSTR）β βCAf CA0 CA CAf CA0 CACSTR PFRP⑶平行反應(yīng)AB

r kCCP 1 A B

,畫出在PFR中的最優(yōu)加料方式。S r k

CS 2 A B的進(jìn)料濃度分別為CA0CB0）CA0CB0PFR⑷畫出等體積CSTR和PFR串聯(lián)系統(tǒng)的停留時(shí)間分布密度函數(shù) f(t)～t曲線。 f(t)v0CSTR PFRτm τp

τp t四、計(jì)算題在體積為

的反應(yīng)器中進(jìn)行液相等溫反應(yīng)AP，已知反應(yīng)速率為rR

kc2，求：A⑴當(dāng)在CSTR中的xAf為多大？

0.50時(shí)，若將此反應(yīng)器改為同體積的PFR，反應(yīng)條件不變，則xAf⑵當(dāng)在CSTRxAf0.5010xAf又為多大？⑶若反應(yīng)為零級(jí)時(shí)，求（）的計(jì)算結(jié)果。⑷若反應(yīng)為1級(jí)時(shí)，重復(fù)）的計(jì)算要求。解：VAP反應(yīng)，且R

kc2ACSTR中：xAfx

0.5c Af A0 (1x )2Afc A0

0.5 2(10.5)2改為PFR時(shí)，反應(yīng)條件不變，則c 2A0c xAA0 1xA可得：xA

0.667中：x 0.5 V10V即=10Af R Rx c Af 20A0 (1xAfx 0.8Af

)2若n=0級(jí)：CSTR中xAfk

0.5，PFR中xAf

0.5在CSTR中，m=xc A0

=0.5在PFR中，xA

k= c

=0.5A0又：若在CSTR中，反應(yīng)器增大到10倍，'m

m則x'Af

' mcA0

10 cA0

5，因?yàn)檗D(zhuǎn)化率不可能大于1，所以x' 1Af⑷n=1級(jí)，同理可求得（過程略）PFR中x 0.632AfCSTR增大10倍，x'Af

0.909有一全混釜反應(yīng)器，已知反應(yīng)器體積為100l10l/min0~1min，2~10min30min解：由題可求：

RVvV0

10當(dāng)停留時(shí)間為0~1min時(shí)，有：10F(1)=1-ett=1-e1 0.09510當(dāng)停留時(shí)間為2 10min時(shí)，有：F(10)=1-ett=1-e10100.632F(2)=1-ett=1-e2100.181F2~10F(10)-F(2)=0.45130min時(shí)，有：F(30)=1-ett=1-e30100.950F(30)1F(30)=0.050不同反應(yīng)器中進(jìn)行串聯(lián)反應(yīng)的比較

kPkS1 1 A

kc ； r1A

kc

kcP已知k1

1，k2

0.5，cA0

/l，cP0

c 0。S0）1在單個(gè)CSTR1在兩釜串聯(lián)反應(yīng)器中， 11 2求上述情況下，最終產(chǎn)物中PS（）管式流動(dòng)反應(yīng)器PF）的情況為c cA

e36mol/lA0kc c 1A0

ek

ekP kk 2 11 21 e0.5e110.50.477mol/lc cS A0A

c10.477P0.155mol/lc 0.477PcS（2）單個(gè)CSTR的情況為對(duì)A作物料衡算

c

3.081P作物料衡算

c A0 0.5mol/lA 1k 111vc VP R

kc1A

kc2Pkc kc c 1A 10 P 1k2

1k1

1k21 0.51 0.5V式中為平均停留時(shí)間， R。vc 1c c 0.167mol/lS A PccPS

0.3330.167

2.0（3）兩釜串聯(lián)的情況， 11 2c 1c A0

0.25mol/lP作物料衡算

A2 k 2 21vcP2

c VP1

kc1A2

kc 2P2kcc A

kcA0 P2 1k11

1k