〖解〗平衡时

2?2?k1CA0?1???k2CA03?3?

k1?2k2

V01??13?V013k2VR?V01CA0xA1k1CA0?1?xA1??k2CA0xA11?1?2k2?1???k23?3?

V01?VR?12?V02k21?1?3k2?1???k22?2??13

V02V01

11、在平推流反应器中进行气相反应：A→3B，rA?0.1CA?moll?min?，反应器进口, 含Ａ65％，其余为惰性组分(mol％)，反应是在550K和３kg/cm下进行反应，已知进料中Ａ的流量为10 mol／min，为使转化

率达80％，试求：⑴ 所需的空速为多少；⑵ 反应器的有效容积为多少？

2

?〖解〗

A?0.65?2?1.3 , CA0?NA0PA0RT?3?0.96780.08206?550?0.0643moll v0?CA0?100.0643

?155.45lmint?CA0?0.751??AxAkCA0?1?xA?0dxA??1?1?1.3xA??2.3lnk?1?xA?0.8000.80?26.62min 0

?1?1??1.3?0.80??2.3ln?0.1?1?0.80sV?1t?126.62?0.038min?1VR?v0t?155.45?26.62?4137.6l12、某气相不可逆反应：A→B＋2C，在60℃，5atm下的平推流反应器内进行,原料气中含75％的A和25％的惰性物料（mol％），物料的体积流量为0.56kgs, A 和惰性物料的分子量分别为60和40，反应速度常数为0.11s?1，转化率控制为75％，

试求：⑴ 所需的空速为多少？⑵ 反应器的容积为多少？

〖解〗

?

A?0.75?2?1.5 , CA0?0.75?50.08206?333?0.137mollM?0.75?60?0.25?40?55NA0

NA0?0.56?10?0.75550.753?7.64mols , v0?CA0?7.640.137?55.74lst?CA0?11??AxAkCA0?1?xA?1?0.047s0dxA??1?1?1.5xA??2.5lnk?1?xA?0.75?21.28s0

sV?VRt21.28?v0t?55.74?21.28?1186.2l??1

13、某气相反应：A?2P，已知物料的体积流量V0?10m3h, k?10h?1,转化率xA?0.85，计算下列各情况的反应器的体积(纯Ａ进料)：⑴ 单个平推流反应器；⑵ 单个全混流反应器；⑶ 两个等体积全混流反应器串联。 〖解〗 ?A?1

0.85?1? VR?v0CA0?1??AxAkCA0?1?xA?0dxA??0.85v0?12ln?x?A?k?1?xA?010?1?32ln?0.85??2.94m??10?1?0.85?10.48m3 ?

?2? VR?v0CA0xA?1??AxA?kCA0?1?xA??10?0.85??1?0.85?10??1?0.85??

?3? VR1?VR2 ; 2v0xA 1?1??AxA 1?k?1?xA 1?v0?1?xA 2??xA 2?xA 1?k?1?xA 21? 20.15xA 1?0.15xA 1??1?xA 1??1.85?0.85?xA 1??1.5725?3.4225xA 1?1.85xA 11.7xA1?3.5725xA1?1.5725?02

xA1?0.6276VR?2?v0CA0xA1?1?xA1?kCA0?1?xA1??2?0.6276?1.62761?0.6276?5.49m3

14、在平推流反应器中，以乙烷气体为原料进行裂解制乙烯：C2Ｈ6→C2Ｈ4＋Ｈ2；动力学方程式为：rA?kCA，反应温度为900℃，压力为1.4atm(绝压)，反应速度常数k=16.45s-1，进料为乙烷与水的混合物，其配比乙烷:水＝1:0.5(体积)，乙烷进料速度为20吨／时，乙烷的转化率为60％，设反应器在恒压下进行，试计算反应时

间和反应器的体积。 〖解〗

乙烷含量yA0?11.57?0.6667，?A?0.6667?2?11?0.6667

V0?nRTP?2?10?0.08206?1173?1.51.4?30

7?6.876?10lhVR?V0CA0?1?0.6667xAkCA0(1?xA)7dxA?1V0k(1.6667ln11?xA?0.6667xA) ?6.876?1016.45?36001?0.6V1308.8?3600t?R??0.0685s7V06.876?10(1.6667ln?0.6667?0.6)?1308.8l

第四章 反应器中的混合及对反应的影响 一、思考题

1、停留时间分布函数有何特点？单位是什么？

2、停留时间分布密度函数有何特点？单位是什么 ？它与停留时间分布函数有何关系？ 3、停留时间分布测定方法有哪些？得到的应答曲线是什么？ 4、平均停留时间与反应时间是否一致？

5、方差的物理含义是什么？方差大小，是否影响平均停留时间？返混程度与平均停留时间及方差是否有关系？

6、皮克莱准数（Pe）的物理含义是什么？它的倒数表明什么？

7、实际反应器中的流动状态是否可以同时用几个数学模型进行描述？

8、停留时间分布一定，反应器中的流动状况便唯一确定，对否？

9、流动状况可以用流动模型来描述，也可以用停留时间分布函数来表达。所以，停留时间分布函数一定，流型便一定，反之亦然。对否？

10、宏观流体的平均转化率和平均浓度怎样计算？均相反应是否有宏观流体？非均相反应是否有宏观流体？ 11、气液反应历程一般有几个步骤？

二、计算题

1、用脉冲法测得某反应器出口示踪物的浓度如下： ｔ(s)0 120 240 360 480 600 720 840 960

C(t) 0 6.5 12 12 10 5 2 1 0

已知该反应器内进行一级不可逆反应，反应速度常数k＝3.24×10-3s-1，试用多级串联全混流模型计算转化率xA。

解：

?tC?t?tm???C?t?00??1872050?374.4s

或：tm??tE?t??E?t?00???3.121460.00834?374.3s

?t2??tC?t?20??C?t?0??tm?2853920050?374.4?3060.86s

22 或：?t2??tE?t?20??E?t?0??tm?21424.03?C?t0.00834?0?22?374.3?30608.6s

?2??t2tm122?30608.6374.410.2182?0.218

m????4.59

1374.4???3?1?3.24?10??4.59??4.59 xAm?1?1?1?k??m?1??0.659

2、有一理想的釜式搅拌器，已知反应器体积为100升，流量为10L/min，试估计离开反应器的物料中，停留时间分别为0～1min，2～10min和大于30min的物料所占的分数。

解：对示踪剂作物料衡算(dt时间)：

示踪剂进入量＝示踪剂流出量+示踪剂累积量 V0C0dt?V0C?t?dt?VRdC?t?

?C?t??d??1?C?t??VRdC?t??C0? C0?C?t??， ?1???

dttm?C0?V0dt?C?t??d??C1?0??dtC?t?tm1?C0 ，积分：ln1t??A C?t?tm1?C0当t?0时，反应器出口处C?t??0，则有A?0。 则：ln1t ?C?t?tm1?C0 F?t??C?t?C0??ttm?1?e

tm?VRV010010?110?10min

F?1??1?e?0.095

210 F?2?10??e??e?1010?0.451