化学反应工程大题 (3)

cA?cA01?1?k1?m?cB?cA0k1?m?1?k1?m??1?k2?m??m?VR1??1hrV011?0.8kmol?m?3?1?0.25?1?0.25第一个反应器出口：cB1??0.1905kmol?m?3?1?0.25??1?0.05?0.8第二个反应器出口：cA2??0.64kmol?m?3?1?0.25?第一个反应器出口：cA1?就第二个反应器对B作物料衡算：V0cB2?V0cB1??k1cA2?k2cB2?VR从中解出cB2：cB2?k1cA2VR?V0cB10.25?0.64?0.1905??0.3338kmol?m?3V0?k2VR1?0.05

15、有一有效容积VR=1m3，送入液体的流量为1.8m3hr-1的反应器，现用脉冲示踪法测得其出口液体中示踪剂质量浓度变化关系为：

t/min c/kg·m-3

0 0

10 3

20 6

30 5

40 4

250 3

60 2

70 1

80 0

求其停留时间分布规律，即F(t)，E(t)，t，?t 解：示踪法求停留时间分布规律

t/min

0 10 20 30 40

c/kg·m-3

∑F(t)

0

E(t)

0 5

t·c 0 30 120 150 160

t2c

0 300 2400 4500 6400

c

0 3 9 14 18

0.125 0.0120.3750 0.5833 0.75

0.0250 0.0208 0.0167

0 3 6 5 4

10

50 3 21 0.875 0.012

157500 5

0 60 2 23 0.9580.008127200 3 3 0 70 1 24 1.0 0.00470 4900 2 80 0 24 1.0 0 0 0 ∑

24

80

33200

t??tc?c?80024?33.33min2

?2??tc?t2332002t?c?24?33.33?272.2min2

16、对某一反应器用阶跃法测得出口处不同时间的示踪剂质量浓度变化关系为：

t/min 0 2 4 6 8 10 12 14 16 c/kg·m-3

0

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.4

0.5

0.5

5

1

1

3

8

0

0

求其停留时间分布规律，即F(t)，E(t)，t，?2t 解: 阶跃法求停留时间分布规律c0=0.5kgm-3

t?ct2?ct/mic/kg·m-∑c F(t) E(t) cc 00n 3

0 0 0 0

0 0 0 2 0.05 0.00.1 0.0

0.2 0.4 5 5

4

0.11

0.1

0.2

0.0

0.4

1.92

11

6

6 8 10 12 14 16 ∑

0.2 0.31 0.43 0.48 0.5 0.5

0.36 0.67

2 6 9

8 1.08 1.76 2.4

14.08 24 6.48

0.4 0.00.62 6

0.11 0.12 0.05

1.1 0.81.58 2.08 2.58

1.0 0.96

1.2 14.4 0.56 0 7.68

0 69.12 7.84

1.0 0.0

2 0

t??t?c?7.68minc0t?c2?t?69.12?7.682?10.14min2c02

?t2??17、请将习题一中停留时间分布规律用对比时间θ作变量，求F(θ)，E(θ)，?，?θ。

2????t?tF????F?t?E?????E?t?V??RV010 3 6

20 6 0.833

??t22?θ?2?t/min

0 0

V1??R??33.33minV01.530 5

40 4 6

50 3 0.4166

60 2 0.2766

70 1 0.139

80 0 0

cA/kg·m-3

E?????E?t? 0 0.416

0.694 0.555

12

F????F?t? 0 0.062

5

0.25 0.4792

0.6667

0.8125

0.9167

0.9792

1.0

??2θt??33.33?1 33.33?t2272.22??2??0.245

?33.33218、应用习题一的反应器，进行A+B→D反应，已知cA0=cB0=20mol·m-3，动力学方程为?rA=0.005cAcB mol·m-3min-1，请用凝集流模型计算反应器出口物料中A组分的转化率，并求cA，cB，cD值。

本题若用PFR及CSTR模型计算时，物料出口中A组分的转化率是多少? 解

① 凝集流模型：

xA??xAi?F?t?0?t?cA0??10?

xA0xA0xAxAdxAdxAcA0dxA???2?0?rA00.005cAcB0.005cA?1?xA?20

dxA10xA??1?xA?21?xAxA?tt?10xAi?titi?10时间t/min c/kg·m-3

F(t) 0 0.125 0.375 0.583

xAi?ti ti?10?F?ti? 0 0.125 0.25 0.208

xAi?F?ti? 0 0.0625 0.16675 0.156225

13

0 10 20 30

0 3 6 5

0 0.5 0.667 0.75

3

3

40 4 0.75 0.8 0.1660.13336 7 50 3 0.875 0.833 0.125 0.104125 60 2 0.9580.857 0.0830.071388

3 3 1 70 1 1.0 0.875 0.0410.036487

7 5 80 0 1.0 0.889 0 0 ∑

24

0.730835

6

?xA??xAi?F?t??0.73080cA?cB?cA0?1?xA??20??1?0.7308??5.384mol?m?3 cD?c?3A0xA?20?0.7308?14.616mol?m② PFR模型计算时：

??VRV?33.33min0??cxAdxAAdx?AA0?0?r?1A0.005cA0?x01?x2A?

?10?xAdx0?A1?x2?10xA?33A?1?x.33AxA?0.7692③CSTR模型计算

??VRV?33.33min0??cA0?cA?r?cA0xA.005c22?10xA2?33.33 Af0A0?1?xA??1?xA?xA?0.5821

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