化學(xué)反應(yīng)工程例題

1、例1.1在350C等溫恒容下純丁二烯進(jìn)行二聚反應(yīng)，測得反應(yīng)系統(tǒng)總壓P與反應(yīng)時(shí)間t的關(guān)系如下：t/mi n O 612 2638 60p/kPa 66.7 62.3 58.9 53.5 50.4 46.7試求時(shí)間為 26min時(shí)的反應(yīng)速率。解：以A和R分別代表丁二烯及其二聚物，則該二聚反應(yīng)可寫成: 反應(yīng)體系中各組分的濃度關(guān)系如下：2A RCAO(Ca0 C由理想氣體定律得：p0為t = 0時(shí)物系的總壓，將(B)式代入速率式中，得:)/2CAOp0 / RT理想氣體：將CA0代入(C)式，為:原料產(chǎn)物總濃度t 0CAO0CAOt tCA(Cao Ca)/2(Cao Ca)/2整理上式為:)dCAd

2、T(A)Cao 2-p°1PdpdT2C AO -Pr(B)(C)dCAdT2 dpRT dt解析法：對p-t關(guān)系進(jìn)行回歸分析，得：P22.90expt30.4543.64dp22.90expdt30.45t30.45t 26min I 圖解法：以P對t作圖，如圖所示。于t = 26 min處作曲線的切線，切線的斜率為dpdt0.32kPamindp/dt ,該值等于0.32 kPa/min。將有關(guān)數(shù)據(jù)代入 (D)式，即得到丁二烯轉(zhuǎn)化量表示的反應(yīng)速率值。 若以生成二聚物表示反應(yīng)速率，則：1,rArrR A 6.2 105kmol(m3 min)2 R 2例1.2等溫進(jìn)行醋酸(A)和丁

3、醇(B)的酯化反應(yīng)2 dp RT dt1.24 10(0.32)8.314 (350 273.15) kmol /(m3 min)CH3COOH C4H9OH CH3COOC4H9 H 2。醋酸和丁醇初始濃度為0.2332和1.16kmol/m3。測得不同時(shí)間下醋酸轉(zhuǎn)化量如下表，試求該反應(yīng)的速率方程。時(shí)間/h醋酸轉(zhuǎn)化量/ ( kmolm3 )時(shí)間/h醋酸轉(zhuǎn)化量/ (kmol/m3 )時(shí)間/h醋酸轉(zhuǎn)化量/ (kmol/m3 )0030. 0366260. 0608610. 0163640. 0452570. 0683320. 0273250. 0540580. 07698解：由題中數(shù)據(jù)可知醋酸轉(zhuǎn)

4、化率較低，且丁醇又大量過剩，可以忽略逆反應(yīng)的影響，同時(shí)可以不考慮丁醇濃度對反應(yīng)速率的影響。所以，設(shè)正反應(yīng)的速率方程為:dCAdtkCA CBKCa(a)當(dāng)n = 0時(shí)，CAOCAkt(b當(dāng)n=1時(shí)，InC A(C)InC Akt當(dāng)n=2時(shí)，11kt(d)CACa0以0級、1級、2級反應(yīng)對上式進(jìn)行積分式得采用圖解法和試差法,假設(shè)反應(yīng)級數(shù)，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別按0級、1級、2 級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)積分式做圖，得到其f(CA)-t的關(guān)系曲線圖，然后再根據(jù)所得的f(CA)-t的關(guān)系曲線圖進(jìn)行判斷其動(dòng)力學(xué)形式。不同時(shí)間下f (CA) - t的變化關(guān)系t / hCACAO-CAInCAOCA1 1CACAO00.233

5、200010.21680.016360.07270.324420.20590.027320.12460568630.19660.036620.17080.798340.18790.045250.21571.033750.17920.054050.26371.292260.17230.060860.30241.515770.16490.068330.034671.776180.15920.073980.038161.9932零級反應(yīng)和一級反應(yīng)的f (CA) - t的關(guān)系圖OOB7D4廠X 0.3/O(M0.2/Q .02/帖 2 406.0«.0 Ioe OIo 対軸 AdO 

6、1;.0 10.(1-x-如CA CAo對t作圖得一直線，則說明假設(shè)正確，由此可知反 應(yīng)級數(shù)n =2。但丁醇濃度是否存在影響，還需做進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明。-1與t的關(guān)系曲線C CR-E :OAAO：l I對t作圖為一直線，則說明n=2是正確的，故該反應(yīng)對醋酸為二級反應(yīng)，從直線的斜率可以求得在此溫度下包含丁醇濃度的k'值。而丁醇的反應(yīng)級數(shù)m可以用保持醋酸濃度不變的方法求得，二者結(jié)合可以求得反應(yīng)在此溫度下的速率常數(shù)k。例題 1.3氣相反應(yīng) 為一級反應(yīng) A 3P速度常數(shù)k = 0.5 min-1 ,反應(yīng)在恒容間歇式反應(yīng)器中進(jìn)行，求 1 min后體系的總壓，進(jìn)料狀況如下：(a)純 A , 0.1 M

7、Pa;(G) 10 %的A和90 %的I（惰性氣體本）混合物，1 MPa解：A3 P+It0PaopP0 0ttPAPP3(PaoPA)PIPZPPPAPI3Pao2 PaPI(b)純 A , 1 MPa;3Pao PI PZPA 2- dpA1 dp-(1)dT2 "dT整理得：上式求導(dǎo):1 dnA AV dt所以得：kCA理想氣體方程1 dpA k PART dT RTA PAV RT即:比較、，得dPz即:dtk(3pA0dpZdPI2kpAPZ)(3)當(dāng) t = 0 , P = p0 積分(3) , 得:dpAdtkPAln 3 PaoPIPo3 PaoPI PZkt(a)

8、PaoPo0.1, PI0, ln0- 05 1PZ 0.179MPa(b) Pao2Po 1,PI0, In0.5 13PZPZ1.79MPa(C) Pao 0.1, Po1, PI 0.90 3 0 9 1ln00 05 1, PZ 0079MPa例1.4在一反應(yīng)器中用硫酸作催化劑進(jìn)行已二酸與乙二醇的聚合反應(yīng)，其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程為2rA0.2CA kmol / L min若已二酸初始濃度為 0.02 k mol/L，求乙二酸轉(zhuǎn)化率為 50%、60%、70%、80%、90% 時(shí)的反應(yīng)時(shí)間。將：將反應(yīng)速率方程積分，得:1kCA0XA1 XA將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，得:XA /%5060708090反

9、應(yīng)時(shí)間t / min250375583.310003250出口轉(zhuǎn)化率越高，則反應(yīng)時(shí)間越長，或體積越大。例:下述都是基元反應(yīng)，試寫出 A、B、C、D、E的生成速率與各組分之間的關(guān)系式。2A + B CA + C 二* DkbrB1rB2 rB5rB622/CaCb k2Cc2k5CBCD2kCEcrC1rc 2rC3rC42k1CACBk2Cck3CACck4CDDrD3rD 4rD 5rD6k3CACCk4CDk5CBCDk6CEErE5rE 6k5CBCDk6CE2k2Cc k3CACc k4CDrrA1r1rB1rC-k1CACB2T彳rA2r2rB2rC 2k2CC211rA3rB3電k

10、3CACc1T14rA41rB 41rD 41k4CD5rB5"2"rD 51rE5Tk5CBCD6rB62rD 61rE61k6CE得;22kCCB例在銀催化劑上進(jìn)行乙烯氧化反應(yīng)以生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，進(jìn)入催化反應(yīng)器的氣體中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)分別為 C2H4 15%，027%, CO2 10%，Ar 12% ,其余為N2,反應(yīng)器出口氣體中含C2H 4和02的摩爾分?jǐn)?shù)分別為 13.1% , 4.8 %。試計(jì)算乙烯的轉(zhuǎn)化率、 環(huán)氧乙烷收率和 反應(yīng)選擇性。C2H4 + 1/202 H2C C H20C2H4 + 302 2CO2 + 2H2O解：以IOO mol進(jìn)料為計(jì)算基準(zhǔn)，設(shè) X和y

11、分別表示環(huán)氧乙烷和二氧化碳的生成量，根據(jù)題 給的進(jìn)料組成和該反應(yīng)系統(tǒng)的化學(xué)計(jì)量式，可列出下表。反應(yīng)器進(jìn)口反應(yīng)器出口C2H 41515 - X - y/20277 - x/2 - 3y/2C2H 4 00XC021010 + yH200yAr1212N25656總計(jì)100100 - x/2由于反應(yīng)器出口氣體中乙烯和氧的摩爾分?jǐn)?shù)已知，所以可列出下面兩個(gè)方程：15 X y/2和7x/2 3y/20.1310.048100x/2100 x/2解之得：X = 1.504 mo1 , y = 0. 989 mo1乙烯轉(zhuǎn)化率：乙烯的轉(zhuǎn)化量 =1.504+0.989/2 = 1.999 mo1 X 乙烯=1.

12、999/15 = 13.33 %列P rp 2Ca mol/s LA SrSI mol /s L2R rR CA mol/s LCAo=Imol/L解:,S為目的產(chǎn)物，xA=80%sdCs,求組分A生成S的收率和選擇性。dCs積分上式得:11CA 2Ca1 (1CA)2CA1Cs0CSdCACA 0(1Ca)2CS1CA1CA0CACAOCACAO (1Ca)2xA=80%dCACSaP ( a)dCA(TdCA又A的轉(zhuǎn)化率為:CA= CA0(1 - XA) = 1(1 積分得：_SS-0.8) = 0.2 mol/LCA1 1CAO CA (I CA)CAO11 0.241.7%收率為:YS

13、 例氣相反應(yīng)性氣體(mol 比), 解：(1)求轉(zhuǎn)化率A80%33%XA = 0XA = 1SS XA 41.7%A 2P + S ,在等溫等壓情況下進(jìn)行反應(yīng)，原料中含 經(jīng)8分鐘后，體積增加一倍，(2 1) 10.750nt,XA 12P2× 0.75nt,XA 00.7575%的A , 25%的惰 求此時(shí)的轉(zhuǎn)化率及該溫度下的速率常數(shù)。I20.250.258min 時(shí)：V2V0VO (IAXA)V0(11.5Xa )得：XA=0.667(2)求速率常數(shù)kt ln 一 111 k In1J1InXAt1XA81 0.667所以得：k =0.137 1/min例：設(shè)A為C4H8,B 為

14、C4H6,C為H2AAAB CBB解(I) 吸附控制akaA PA VkdAkaA PAdKBPBPCAKrB,KBTKBPBBPBPC1ABV1Kr(2(0.75 0.25)1.50.750.25nt, XA 00.75 0.75 0.25)2)表面反應(yīng)控制r k a kkK PAk KBPBPCB PCrKA PA KB PB1(3)脫附控制kdBKrKAPA KaBPBrBkdB B kaB PB VBKAPAPC KrKAPAPC第二章例題2-1己二酸和己二醇在間隙釜中以等摩爾比生產(chǎn)醇酸樹脂， 催化劑進(jìn)行縮聚反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)測得反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式為：(-1.97 LZ(kmol min) C

15、A0 = 0.004kmolZL ,當(dāng)己二酸轉(zhuǎn)化率分別為所需的反應(yīng)時(shí)間為多少？若每天處理時(shí)間為1hr ,求反應(yīng)器體積？設(shè)反應(yīng)器的裝料系數(shù)為解：(1)達(dá)到某轉(zhuǎn)化率所需的反應(yīng)時(shí)間：XA dXA1t Ca0XA0.5,XA0.6,XA0.8,XA0.9,(2)反應(yīng)器體積的計(jì)算： 最終轉(zhuǎn)化率為0.80時(shí),在70 C時(shí)，以H2SO4作 rA) = kCA2 kmolZ(L min), k =XA= 0.5、0.6、0.8、0.9 時(shí)2400 kg己二酸，轉(zhuǎn)化率為 80% ,每批操作的非生產(chǎn)XAdXA0.75。XA(1 XA)kCA0 (1 XA)10.511.970.004 10.56010.611.9

16、70.004 10.66010.811.970.004 10.86010.911.970.004 10.9602.10(hr)t3.18(hr)t8.50(hr)t19.0(hr)t02a)kCA0反應(yīng)時(shí)間為 8.50hr,每小時(shí)已二酸進(jìn)料量240024 1460.684kmol / hrFa00.6840CAO 0.004每批生產(chǎn)時(shí)間 =反應(yīng)時(shí)間+ 反應(yīng)器體積171Lzhr非生產(chǎn)時(shí)間=9.5 hrVR = V 0t = 171 × 9.5 = 1630 L = 1.63 m3考慮裝料系數(shù)，故實(shí)際反應(yīng)器體積：1.630.752.17m3例2-2解：同例2-1題意中的條件，計(jì)算轉(zhuǎn)化率為

17、CAOVR080%和 dXA90% 時(shí),求平推流反應(yīng)器體積?即:VR0kCA0XA1XACAoXA0 ( ZdXAJ2kC0(1 XA)kC0XA1 XA當(dāng)xA=0.8時(shí)VR0.1710.81.970.004 601 0.81.45m310當(dāng)XA= 0.9時(shí)VR°!Z1093.26m31.97 0.004 601 0.9例2-3均相氣體反應(yīng)在 185 C和0.5 MPa壓力下按照反應(yīng)式A 3P在平推流反應(yīng)器中進(jìn)行，已知速率方程為：的惰性氣體，求若進(jìn)料中有 50%。解：對變?nèi)菹到y(tǒng):( 0.2CA/2 mol / m3 S的轉(zhuǎn)化率為 80%時(shí)所需的時(shí)間 T對于理想氣體:AonAO又CAC

18、AO(I XA )AXA所以:CAO2,yA0yA00.52 0.5PA0 pOyAORT RT60.5 0.5 108.314(185 273.15)65.65mol / m3XA0dXA(a)CAOXA0dXA1/2k CAO(I XA )"7AXACAO O* V 01(1)采用數(shù)值積分法-辛普森公式XA，n -.XAdXA1 XA1/21/2CAOk0.801 XA1 XA1/2dXAXAXa,oi (XA)dXA3I。4(1I32(24) InXa1 XA1 XA1/21 XA1 XA01.001.000.21.501.224I 0.42.331.5250.64.002.0

19、00.89.003.00所以得:1/20.800dXA0.8.IdXA1 XA1 XA所需空時(shí)為:0.2131/2CAOk4(1.2242)1 /20.8XA1 XA2(1.528)31.34dXA圖解法曲線下圖形的面積:1/20.8Area 01XA1XAdXA1.70(3)解析法:0.8 1.3665竺 1.34 54S0.21。.80Area1 XA 2dXA1 XA8LdXAG2 A0.8arcs in XA J XA例2-4有液相反應(yīng)在12GC時(shí)，正、逆反應(yīng)的速度常數(shù)分別為1.328k1 = 8 L(mol Imin)， k2 = 1.7 L(mol ?min)若反應(yīng)在一個(gè)CSTR中

20、進(jìn)行，其中物料容量為 中一股含 A3.GmoIL ,另一股含 B2.GmoIL ,求 應(yīng)為多少？ 解：根據(jù)題意，初始時(shí)各組分的濃度為：3 CAG1.5mol / L,2 CPG CSG 。B的轉(zhuǎn)化率為8G% ,器內(nèi)及出口物料組成為：CB CBO(I XB) 1.G(1 G.8) G.2mol LCA1GGL。二股物料同時(shí)等流量流入反應(yīng)器，其 的轉(zhuǎn)化率為8G%時(shí)，每股料液的進(jìn)料流量CBGCAo-1mol / L2CBOXB1.5 1.G G.8 G.7mol / LCPCRCBGXB1.G G.8 G.8mol / L(a)( Tb ) RCaCb CPCR8。.7。.2 1.7。.8。.8Og

21、mol/L minnVG 5Lmin對于可逆反應(yīng):全混釜VGCAGXACBGXB1G. G.82.5Lmin。所以，兩股進(jìn)料中每一股的進(jìn)料流量為例2-5液相一級等溫反應(yīng)在間歇釜中達(dá)到7G%轉(zhuǎn)化率需要12 min，若此反應(yīng)移到相同溫度下的平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，所需要的空時(shí)和空速各為多少？ 解：間歇釜：所以： kCXA dXAt CAO G (1. 1 -ln tA）Ca°dXAXAG kCAG(1 XA)1 1 Ink 1 XA平推流反應(yīng)器:平推流反應(yīng)器:全混流反應(yīng)器:1 XACAGSVPk(1 XA)1nJt 1:G.7i1In(1 G.7)121 G.7X(1 XA)

22、XAVRF AGdxA(PA)CAGdXA kCAG(IXA)丄tk 1 XA12min11223.26minG.G83(1mi n)CAGXA（以）SVmk(1XAXA)1G.G43(1/ min)23.26例2-6條件同例2-1 ,若采用全混流反應(yīng)器生產(chǎn)，求己二酸轉(zhuǎn)化率為8G%和9G%時(shí)，所需反應(yīng)器的體積。解：VG 171Lh2.85LminFAO G.684kmol / h G.G114kmol / min(a) kcAkCA°(1 Xa)21.97 0.0042 (1 XA)2kmol/L min反應(yīng)器的體積VRF a0Xa(a)F a0XakCA0(l Xa)2當(dāng)XA= 0

23、.8時(shí)當(dāng)XA= 0.9時(shí)0.0114 0.81.97 0.0042(1 0.8)20.0114 0.91.97 0.0042 (1 0.9)237.234m反應(yīng)器有效體積平推流反應(yīng)器間歇釜全混釜轉(zhuǎn)化率xA=0.81.452.177.24轉(zhuǎn)化率xA=0.93.254.5632.632.6m3將例2-1、2-2和本題的計(jì)算結(jié)果例入下表例2-7平推流反應(yīng)器按下圖進(jìn)行并聯(lián)、串聯(lián)操作，求總進(jìn)料流中進(jìn)入支線A的分率為多少？解：支線 A : VA= 40 + 40 = 80L支線 B :VB= 20 + 20 = 40L兩支線轉(zhuǎn)化率相同，則：VA VLFA FB匕Va 2 FB VB所以總進(jìn)料流中進(jìn)入支線

24、A的分率為2/3例2-8條件同例1-3的醇酸樹脂生產(chǎn)，若采用四釜串聯(lián)的全混釜，求己二酸轉(zhuǎn)化率為80%時(shí)，各釜出口己二酸的濃度和所需反應(yīng)器的體積。已知a 1.97 10 3 CACBVo 0.171m3h3CAO CBO 4kmol mXAf 0.8解：要求第四釜出口轉(zhuǎn)化率為80%,即3Ca4 CAO (1 XAf) 4 (1 0.8) 0.8kmol / m以試差法確定每釜出口濃度1 J 4k iCA,i 1 設(shè) T i = 3h 代入CAi2由cA0求出cA1 ,然后依次求出 cA2、cA3、 cA4 ,看是否滿足 cA4=0.8的要求。將以上數(shù)據(jù)代入，求得：cA4=0.824 kmol m

25、-3結(jié)果稍大，重新假設(shè)T i = 3.14h ,求得：CA仁2.202kmol m-3 cA2=1.437kmol m-3cA3=1.037kmol m-3cA4=0.798kmol m-3基本滿足精度要求。VRi V。i 0.171 3.14 0.537m3V04 0.537 2.15m3若把一個(gè)CSTR 分為二，則只有第二個(gè)釜是在出口濃度下進(jìn)行反應(yīng)的， 第一個(gè)釜的反應(yīng)濃 度是第二個(gè)釜的入口濃度。 若反應(yīng)是大于零級的非自催化反應(yīng)， 則第一個(gè)釜的平均反應(yīng)速度 要比第二個(gè)釜大。由此可得出結(jié)論，把一個(gè)釜變?yōu)槎鄠€(gè)釜串聯(lián)， 若最后的轉(zhuǎn)化率不變，反應(yīng)器總的體積將減少。 例題2-9苯醌和環(huán)戊二烯在 298

26、 K下進(jìn)行液相加成反應(yīng)：(rA) = kCACB k = 9.92 × 10- 3 m3(kmol S)0.1 kmolm3 和反應(yīng)在兩個(gè)等體積串聯(lián)的全混釜進(jìn)行，環(huán)戊二烯和苯醌的起始濃度分別為0.08 kmolm3 ,求苯醌的轉(zhuǎn)化率為 95%時(shí)，兩釜總的反應(yīng)時(shí)間為多少?解:CAGkCA1CB1(A),CAICA2kCA2CB2(B)T 1= T 2,且CA2 = CA0(1 - 0.95) = 0.08 × 0.05=0.004 kmolm3CB2 = CB0 - (CA0 - CA2)=0.1 - (0.08 - 0.004) = 0.024 kmolm3 將CA2和CB

27、2值代入式(A)和(B) 得：0.08 CAICAI 0.004CAI(0.02 CAI)0.004 0.024整理得：CA13 +0.016CA12 +1.6× 10- 5CA10.768 × 10- 5 = 0利用牛頓迭代法解得：CA1 = 0.0154 kmolm30.0154 0.004(9.92 103) 0.004 0.02411970s所以，兩個(gè)全混釜串聯(lián)，總的反應(yīng)時(shí)間為T 總=2 × 11970 = 23940 秒70 C用間隙釜并以 H2SO4例2.5- 1某廠生產(chǎn)醇酸樹脂是使己二酸和己二醇以等摩爾比在作催化劑進(jìn)行縮聚反應(yīng)而生產(chǎn)的，實(shí)驗(yàn)測得反應(yīng)的

28、動(dòng)力學(xué)方程式為:(-rA) = kCA2 kmol / (L k = 1.97 L / (kmol min)CA0 = 0.004kmolL ,若每天處理 2400kg 己二酸, 解：單個(gè)CSTR的體積該反應(yīng)為二級反應(yīng)，查圖20 0VR0k Ca02.5 - 3, 1 - XA= 0.2320 171.25 10118.2 0.004min)轉(zhuǎn)化率為線與N = 17.24m380%,試計(jì)算:相交于k T CA0 20,兩個(gè)等體積的 CSTR串聯(lián)(2 - CSTR)查圖2.5- 3, 1 - XA= 0.2線與 N = 2相交，得k T CA0 = 9VR9 171.25 10k CAO118.

29、2 0.0043.26m34-CSTR串聯(lián)的總體積及各釜的出口轉(zhuǎn)化率xA1 , xA2 , xA3 。查圖 2.5-3, 1 - XA = 0.2 線與得 k T CA0 = 6VRR k CAON = 4相交,6 171.25 10 3118.2 0.0042.17m3同理，查圖2.5- 3:kT CA0= 64 = 1.5 線與 N = 1 相交，得:1 - xA1 = 0.55 , xA1 = 0.45 k CA0= 3線與N = 2相交，得：1 - xA2 = 0.35，xA2 = 0.65 線與N = 3相交，得：1 - xA3=0.25 , xA3= 0.75k CAo= 4.54

30、)PFR的體積 查圖 2.5 - 3, 1VR k47rk CAOXA= 0.2 線與 N = ( PFR)相交，得k T CAO = 4 :34 17125 102.17m3118.2 0.004(5)結(jié)論：為完成同一生產(chǎn)任務(wù)，VR , CSTR > VR , 2-CSTR > VR , 4-CSTR > VR, PFR 例2.5-2分解反應(yīng)PArPk1CA2S rS k2CA 其中 kI=Ih-1 ,k2=l.5m3kmol-1h-1 , cA0 =5kmol 時(shí)：(1) 求全混釜出口產(chǎn)物 P的濃度及體積。(2) 采用平推流反應(yīng)器，求出口(3) 采用兩釜串聯(lián)，(1)全混流

31、反應(yīng)器求最佳出口SPSPCA CAO (IXA)5(1 0.9)CPSP (CAOVR(2)平推流反應(yīng)器CA )0(CA0 CA)(：)CPCACAO SPdCACa0CACao1CAk21-CAk11,1 1.5CaoIn1.51 1.5Ca1.05kmolm3dCA副m-3, CPO=CS0=0 ,體積流速為 5m3h-1 ,xA=90 %CP和體積？CP和體積？rp(rA ) k1CA k2CA30.5kmol /m0.571(5 0.5)5 (5 0.5)1 0.5 1.50.52CPCAOCA1 0.5SP1 0.5 1.532.57kmol / m257.1%0.525.7m3k1

32、C A k1CA k2C1 dCA1 1.5CAAACAOCATdCAAVR1 1.5 51 In1.51 1.5 0.5(3)兩個(gè)全混釜串聯(lián)CPSp1 (C AO Ca1 )SD 2 (Ca1CAI CA2 k2CA2 k1A2Ca2)CP1.05(Cao CA)523.3%0.5CAO dC ACA(rA)CAOInCA5 l n 50.53.61m3dCACA 心 k2CA1.5CaCA 0In11.5Ca0InL11.5 5CAO CAIk2CA1k1 AICao Ca11 1.5Ca1CAI CA21 1.5Ca2為使CP最大，CP對CA1求導(dǎo)，令dCpdCA得:cA1=1.91km

33、oIm305 1.911.91 0.5CP,max 1 1.5 1.911 1.5 0.51.61kmolm3,maxC P ,max1.61(CAOCA)35.7%5 0.5VRVRI VR20 (CAOCAI)0 (CAI CA2)(rA)2CA2)5 (5 1.91)5(5 0.5)21 1.91 1.5 1.91110.5m30.521.5 0.5例題2.4 - 2已知平行反應(yīng)PrPk1CA,k12min 1ASrSk2 ,k21mol /(Lmin)TrTk3CAk31L/(molmin)CAO = 2mol / L ,P為目的產(chǎn)物，求：(1)在 CSTR中產(chǎn)物P的最大選擇性;0 (

34、CAO0 (CAI2k1C A2 k2CA2CAI )2-k1C A1k2CA1在PFR中產(chǎn)物P的最大選擇性;(3)假如反應(yīng)物加于回收，采用何種反應(yīng)器形式較為合理? 解：(1)全混釜的選擇性：SPSPrp(rA)2Ca(1 Ca)2對CA求導(dǎo)，令dSp/dCA得：所以2)在PFR中CA= 1 mol/L2 1(1 1)2SP ,maxSP令 1 + CA = t,則SPCAOCA2CAOCA2CAOCA2CAOCA2CAOCAln tln(1CACAO1 ln111CAO CA1CAO CACA = tCA(LI)dtCaoCASPdCACA 0CA 2Ca cao(1Ca)2-1dCAt21

35、t1t2CACAOCA)CaodtCA 0CAO 1CA1CI對CA求導(dǎo)，并令_當(dāng)CA= 0時(shí)，CP最大，Sp最大3)先求瞬時(shí)選擇性的最大值令：(SP) dCL 0dCASP,max1 2 In1 010.43192 1 02(1 Ca)21 CA)2(1 CA) 2CaO當(dāng) 2 + 2CA4CA = 0 ,CA = 1時(shí)，SP ,max2Ca21 1(1 Ca)2(11)22(SP)Ca)2_2CA(1例2.5-3 物料A初濃度CAo=Imol/L ,在全混釜中進(jìn)行反應(yīng)，生成P和S,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為：CP0= CSO= 0序號CACPCS11/21/61/321/32/158/15試問：(1) 反

36、應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征？(2) 應(yīng)該選用什么反應(yīng)器？(3) 在所選用反應(yīng)器中，產(chǎn)物P的最大濃度是多少？此時(shí)物料 A的轉(zhuǎn)化率又為多大？解：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，當(dāng)物料A的轉(zhuǎn)化率提高時(shí)，產(chǎn)物P濃度反而下降了，即215<16， 所以該反應(yīng)為連串反應(yīng)。先假設(shè)各反應(yīng)為一級，按全混流反應(yīng)器計(jì)算：CA 1CAO 1k1CPk1將第一組數(shù)據(jù)代入得：CA0 (1k1 )(1 k2 )k11,k12k11k22由第二組數(shù)據(jù)得：k1 2, k1 4k22所設(shè)一級反應(yīng)正確(2)因?yàn)槭沁B串反應(yīng)，應(yīng)選用平推流反應(yīng)器。按式(2.4-11)計(jì)算 Cp, max：P maxA0Ikk2 k10.25mol / Lk2按式(2.4-12

37、)計(jì)算 T OPtopt按式(2.5-6)計(jì)算 CA :CA CA0e 1k2k1In 2k10.5mol/ Lk1 opt 0.693相應(yīng)于 CP, max是A的轉(zhuǎn)化率 XA為:xA=1-0.5 = 5%例5.3-1用脈沖示蹤法測得一連續(xù)流動(dòng)體系出口示蹤劑濃度-時(shí)間對應(yīng)值如下表，求停留時(shí)間分布的E(t)和F(t)函數(shù)。t/min012345678C(t)/g ?L-10248128200解；已知的 C(t)t對應(yīng)數(shù)據(jù)是等時(shí)間間隔的值，？ti相等，可以移到和號的外面。如果?ti不相等，?ti就不能從加和號中取出。E(I)C(t)iC(t)itttE(t)C(t)i tiC(t)iC(t)ic

38、(t)itit C(t)ii 1i 1i 1i 1i 1F(t)C(t)iC(t)iC(t)i tiC(t)i361 (0 2 48 12 8 2 0 0)36i 1i 1計(jì)算結(jié)果列表如下:t/min012345678E(t)/ min-102/364/368/3612/368/362/3600F(t)02/366/3614/3626/3634/36111例5.4-1按表中數(shù)據(jù)計(jì)算此流動(dòng)系統(tǒng)的平均停留時(shí)間和方差。t/min012345678C(t)/(g/L)0248128200解：脈沖示蹤法得到等時(shí)間間隔數(shù)據(jù)tC(t)ii 1C(t)ii 1001224384 12 586 2 7 0 8 00248 12 82003.722mi nt2C(t)上F2C(t)02 2 2 212 24 38 4122 4 8 121.534min23.722例2.6.3試將例3-2中