化學(xué)反應(yīng)工程第三章課后習(xí)題答案詳解分析：等當(dāng)量配料，隨轉(zhuǎn)化率提高，反響時(shí)間迅速增長(zhǎng)；假設(shè)采用過(guò)量組分配料，隨轉(zhuǎn)化率提高，反響時(shí)間增長(zhǎng)放慢。習(xí)題3-2解答(反響時(shí)間與反響體積無(wú)關(guān)〕習(xí)題3-3解答〔1〕PFR〔2〕CSTR解：〔1〕〔2〕操作條件不變，等體積反響器，那么習(xí)題3-4解答平推流全混流習(xí)題3-5解答習(xí)題3-6解答解：試求以下方案的轉(zhuǎn)化率?！?〕兩個(gè)0.25m3的PFR串聯(lián)習(xí)題3-7講解3-7：以下各種情況下的反響體積。解：〔1〕單個(gè)PFR〔2〕單個(gè)CSTR〔3〕兩個(gè)CSTR串聯(lián)習(xí)題3-8講解3-8：如何調(diào)節(jié)加料速率，解：當(dāng)反響到達(dá)平衡轉(zhuǎn)化率時(shí)加料速率減小到原來(lái)的1/3倍，可使轉(zhuǎn)化率到達(dá)0.5。習(xí)題3-9講解3-9：進(jìn)料濃度為CA0。試證明在PFR中，L最大收率為證明：對(duì)于PFR：證畢。習(xí)題3-10解答：B大量過(guò)量，【分析與解答】結(jié)果為：解：〔1〕由于是間歇反響器，所以液相反響，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)反響；由此可簡(jiǎn)化速率方程。習(xí)題3-11解答解：對(duì)于CSTR：對(duì)于PFR：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：證畢。習(xí)題3-12解答在平推流反響器中進(jìn)展基元反響L為目的產(chǎn)物，，求L的最大收率及最優(yōu)接觸時(shí)間。解：根據(jù)同11題一樣，求L的最大濃度。數(shù)學(xué)知識(shí)：一階非齊次線性微分方程：的通解為那么該反響的最正確時(shí)間為：CL存在極大值的必要條件是：CL的最大濃度為：習(xí)題3-13解答CSTR求定狀的反響溫度和轉(zhuǎn)化率。解：根據(jù)QR和QC方程確定定態(tài)點(diǎn)分別作T~QR、QC1QC2、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Q1=187.09,和Q2=935.45;對(duì)應(yīng)溫度分別為:T1=310KT2=345K3、為什么將流動(dòng)模型中的“混合〞稱(chēng)為“返混〞？12456101173981513121416171819202122232425262728291~30有序無(wú)序1~30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物料粒子在反響器內(nèi)的停留時(shí)間各不一樣反響器內(nèi)的混合——不同停留時(shí)間的物料粒子間的混合，稱(chēng)之為返混。停留時(shí)間——①物料粒子從反響進(jìn)口算起，到出口為止所消耗的時(shí)間；②物料粒子的標(biāo)簽，以區(qū)別物料在反響器內(nèi)反響時(shí)間的不同；③描述物料粒子在反響器內(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)明該反響器內(nèi)返混程度是強(qiáng)還是弱？第一節(jié)理想流動(dòng)模型概述物料粒子：②反響物料的最小構(gòu)成單元；①認(rèn)識(shí)反響物料的一種概念模型；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)微缺乏道的微小單元。第一節(jié)理想流動(dòng)模型概述流動(dòng)模型1、理想置換——活塞流模型2、理想混合——全混流模型同一截面上組成、溫度、流速、密度等均勻一致。不存在任何“返混〞現(xiàn)象反響器內(nèi)均勻一致，濃度、溫度等參數(shù)與出口濃度相等。到達(dá)最大程度的“返混〞第一節(jié)理想流動(dòng)模型概述理想流動(dòng)反響器：物料的流動(dòng)狀況具有理想流動(dòng)模型特征的反響器稱(chēng)為理想流動(dòng)反響器。間歇反響器活塞流反響器全混流反響器——無(wú)返混，物料粒子同進(jìn)同出。——無(wú)返混，物料粒子同進(jìn)同出?！祷斐潭葮O大，不同停留時(shí)間的物料粒子混合均勻?！睟STR〕〔PFR〕〔CSTR〕連續(xù)流動(dòng)反響器第一節(jié)理想流動(dòng)模型概述沒(méi)有混合〔BSTR〕〔PFR〕〔CSTR〕〔平推流反響器〕間歇反響器活塞流反響器全混流反響器第一節(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?；旌戏祷?不同外觀特征的個(gè)體混和在一起的過(guò)程*不同停留時(shí)間的個(gè)體混和在一起的過(guò)程*僅僅是空間位置的攪混過(guò)程*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〕有混合無(wú)返混第一節(jié)理想流動(dòng)模型概述偏離平推流的情況漩渦運(yùn)動(dòng)：渦流、湍動(dòng)、碰撞填料截面上流速不均勻溝流、短路：填料或催化劑裝填不均勻第一節(jié)理想流動(dòng)模型概述偏離全混流的情況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)反響的影響-----由物料粒子的停留時(shí)間不同所造成短路、溝流停留時(shí)間減少轉(zhuǎn)化率降低死區(qū)、再循環(huán)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)A+B→P：有效反響體積減少A+B→P→S產(chǎn)物P減少→停留時(shí)間的不均第一節(jié)理想流動(dòng)模型概述反響器設(shè)計(jì)的根本內(nèi)容選擇適宜的反響器型式反響動(dòng)力學(xué)特性+反響器的流動(dòng)特征+傳遞特性確定最正確的工藝條件最大反響效果+反響器的操作穩(wěn)定性進(jìn)口物料的配比、流量、反響溫度、壓力和最終轉(zhuǎn)化率計(jì)算所需反響器體積規(guī)定任務(wù)+反響器構(gòu)造和尺寸的優(yōu)化反響器設(shè)計(jì)的根本方程物料衡算方程某組分流入量=某組分流出量+某組分反響消耗量+某組分累積量流入流出反響器積累反響器設(shè)計(jì)的根本方程熱量衡算方程帶入的熱焓=帶出的熱焓+反響熱+熱量的累積+傳給環(huán)境的熱量帶入帶出傳給環(huán)境反響器累積反響器設(shè)計(jì)的根本方程動(dòng)量衡算方程氣相流動(dòng)反響器的壓降大時(shí)，需要考慮壓降對(duì)反響的影響，需進(jìn)展動(dòng)量衡算。但有時(shí)為了簡(jiǎn)化計(jì)算，常采用估算法。例題講解請(qǐng)考慮化學(xué)反響該反響在全混流反響器中進(jìn)展，反響溫度為20℃，液料的體積流量為0.5m3/h,CA0=96.5mol/m3,CB0=184mol/m3,催化劑的濃度CD=6.63mol/m3。實(shí)驗(yàn)測(cè)得該反響的速度方程為：rA=kCACD式中k=1.15*10-3m3/(mol.ks)。假設(shè)要求A的轉(zhuǎn)化率為40%，試求反響器的體積。解：設(shè)A的轉(zhuǎn)化率為x，那么有：對(duì)于全混流反響器，應(yīng)有：3-7理想流動(dòng)反響器的組合與反響體積比較比較基準(zhǔn)一樣的反響，〔一級(jí)不可逆反響〕一樣進(jìn)料流量和濃度一樣溫度和最終反響率一樣體積比較參量〔比什么〕——不同組合方式下的出口濃度全混流平推流mi1對(duì)于i級(jí)……(a)CSTR——CSTR并聯(lián)物料處理量V0均分到每個(gè)CSTR，那么結(jié)論：完成一樣生產(chǎn)任務(wù)，假設(shè)改用兩臺(tái)同體積CSTR并聯(lián)組合生產(chǎn)，剩余濃度低，轉(zhuǎn)化率提高。分母增大剩余濃度低停留時(shí)間延長(zhǎng)(b)CSTR——CSTR串聯(lián)結(jié)論：完成一樣生產(chǎn)任務(wù)，假設(shè)改用兩臺(tái)同體積CSTR串聯(lián)組合生產(chǎn)，剩余濃度比(a)更低，轉(zhuǎn)化率比(a)更高。(c)PFR——CSTR串聯(lián)結(jié)論：完成一樣生產(chǎn)任務(wù)，假設(shè)用PFR-CSTR串聯(lián)組合生產(chǎn)，剩余濃度比(b)更低，轉(zhuǎn)化率比(b)更高。(d)CSTR——PFR串聯(lián)結(jié)論：完成一樣生產(chǎn)任務(wù)，假設(shè)用CSTR-PFR串聯(lián)組合生產(chǎn)，剩余濃度和轉(zhuǎn)化率同?等效。(e)PFR——PFR并聯(lián)結(jié)論：完成一樣生產(chǎn)任務(wù)，假設(shè)用兩臺(tái)同體積PFR并聯(lián)組合生產(chǎn)，出口濃度低，轉(zhuǎn)化率較高。(g)PFR——CSTR并聯(lián)結(jié)論：完成一樣生產(chǎn)任務(wù)，假設(shè)用PFR–CSTR并聯(lián)組合生產(chǎn)，剩余濃度為兩者混合物的平均濃度。一樣的反響，一樣進(jìn)料流量和濃度一樣溫度和最終反響率理想流動(dòng)反響器反響體積比較比較基準(zhǔn)比較參量〔比什么〕CSTR反響體積PFR反響體積——不同理想反響器的反響體積一樣的反響，一樣進(jìn)料流量和濃度一樣溫度和最終反響率理想流動(dòng)反響器反響體積比較比較基準(zhǔn)比較參量〔比什么〕CSTR反響體積PFR反響體積——不同理想反響器的反響體積比較基準(zhǔn)一樣的反響，一樣進(jìn)料流量和濃度一樣溫度和最終反響率比較參量〔比什么〕〔一級(jí)不可逆反響〕多級(jí)CSTR與PFR比較〔b〕兩個(gè)CSTR串聯(lián)〔c〕PFR-CSTR串聯(lián)〔d〕CSTR-PFR串聯(lián)=〔c〕〔e〕PFR–PFR并聯(lián)〔f〕PFR-PFR串聯(lián)=〔e〕〔g〕PFR–CSTR并聯(lián)其中〔e〕PFR–PFR并聯(lián)和〔f〕PFR-PFR串聯(lián)