《化学反应工程》(第四版 朱炳成主编)第三章课后习题答案详解.ppt

习题3-2解答 习题3-4解答 习题3-5解答 习题3-8讲解 习题3-9讲解 第一节 理想流动模型概述 偏离平推流的情况 第一节 理想流动模型概述 偏离全混流的情况 第一节 理想流动模型概述 流动状况对化学反应的影响 ----- 由物料粒子的停留时间不同所造成 反应器设计的基本方程 物料衡算方程 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 在平推流反应器中进行基元反应 L为目的产物，已知 ，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 则该反应的最佳时间为： 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 求定状的反应温度和转化率。 解： 根据QR和QC方程确定定态点 935.45 分别作T~QR、QC1 QC2、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=310K T2=345K 187.09 3、为什么将流动模型中的“混合”称为“返混”？ 1 2 4 5 6 10 11 7 3 9 8 15 13 12 14 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 1~30 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 物料粒子在反应器 内的停留时间各不 相同 反应器内的混合——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物料粒子从反应进口算起，到出口为 　　　止所耗费的时间； ②物料粒子的标签，以区别物料在反应 　　　器内反应时间的不同； ③描述物料粒子在反应器内返混程度强 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 越多说明该反应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 反应物料的最小构成单元； ① 认识反应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 微不足道的微小单元。 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 反应器内均匀一致，浓度、 温度等参数与出口浓度相等。 达到最大程度的“返混” 第一节 理想流动模型概述 理想流动反应器： 物料的流动状况具有理想流动模型特征的反应器 称为理想流动反应器。 间 歇 反应 器 活塞流反应器 全混流反应器 ——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） 连续流动反应器 第一节 理想流动模型概述 没有混合 （BSTR） （PFR） （CSTR） （平推流反应器） 间 歇 反应 器 活塞流反应器 全混流反应器 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 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 死角 短路 搅拌造成的再循环 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：有效反应体积减少 A+B→P→S 产物P减少 → 停留时间的不均 反应器设计的基本内容 选择合适的反应器型式 反应动力学特性+反应器的流动特征+传递特性 确定最佳的工艺条件 最大反应效果+反应器的操作稳定性进口物料的配 比、流量、反应温度、压力和最终转化率 计算所需反应器体积 规定任务+反应器结构和尺寸的优化 某组分流入量=某组分流出量+某组分反应消耗量+某组分累积量 流入 流出 √ √ √ √ 非稳态 0 √ √ √ 整个反应器 全混釜(稳态) 0 √ √ √ 微元长度 平推流(稳态) √ √ 0