化學反應工程第三章課后習題答案詳解分析：等當量配料，隨轉化率提高，反響時間迅速增長；假設采用過量組分配料，隨轉化率提高，反響時間增長放慢。習題3-2解答(反響時間與反響體積無關〕習題3-3解答〔1〕PFR〔2〕CSTR解：〔1〕〔2〕操作條件不變，等體積反響器，那么習題3-4解答平推流全混流習題3-5解答習題3-6解答解：試求以下方案的轉化率。〔4〕兩個0.25m3的PFR串聯習題3-7講解3-7：以下各種情況下的反響體積。解：〔1〕單個PFR〔2〕單個CSTR〔3〕兩個CSTR串聯習題3-8講解3-8：如何調節加料速率，解：當反響到達平衡轉化率時加料速率減小到原來的1/3倍，可使轉化率到達0.5。習題3-9講解3-9：進料濃度為CA0。試證明在PFR中，L最大收率為證明：對于PFR：證畢。習題3-10解答：B大量過量，【分析與解答】結果為：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組分大大過量，近似為一級反響；由此可簡化速率方程。習題3-11解答解：對于CSTR：對于PFR：由于PFR中的選擇率沿不同管截面而發生變化，其總選擇率應為瞬時選擇率的積分：證畢。習題3-12解答在平推流反響器中進展基元反響L為目的產物，，求L的最大收率及最優接觸時間。解：根據同11題一樣，求L的最大濃度。數學知識：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間為：CL存在極大值的必要條件是：CL的最大濃度為：習題3-13解答CSTR求定狀的反響溫度和轉化率。解：根據QR和QC方程確定定態點分別作T~QR、QC1QC2、QC3曲線，有5個交點，其中是穩態操作點2個，分別為Q1=187.09,和Q2=935.45;對應溫度分別為:T1=310KT2=345K3、為什么將流動模型中的“混合〞稱為“返混〞？12456101173981513121416171819202122232425262728291~30有序無序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同時流入的物料粒子不一定同時流出③物料粒子在反響器內的停留時間各不一樣反響器內的混合——不同停留時間的物料粒子間的混合，稱之為返混。停留時間——①物料粒子從反響進口算起，到出口為止所消耗的時間；②物料粒子的標簽，以區別物料在反響器內反響時間的不同；③描述物料粒子在反響器內返混程度強弱的一個參量。思考：如果停留時間等于平均停留時間的物料粒子越多說明該反響器內返混程度是強還是弱？第一節理想流動模型概述物料粒子：②反響物料的最小構成單元；①認識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等同于流體質點假說；⑤其大小與原子、分子相比，是一個很大的集合體，但與宏觀顆粒相比，是一個微缺乏道的微小單元。第一節理想流動模型概述流動模型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〞現象反響器內均勻一致，濃度、溫度等參數與出口濃度相等。到達最大程度的“返混〞第一節理想流動模型概述理想流動反響器：物料的流動狀況具有理想流動模型特征的反響器稱為理想流動反響器。間歇反響器活塞流反響器全混流反響器——無返混，物料粒子同進同出。——無返混，物料粒子同進同出。——返混程度極大，不同停留時間的物料粒子混合均勻。〔BSTR〕〔PFR〕〔CSTR〕連續流動反響器第一節理想流動模型概述沒有混合〔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理想流動模型概述思考題：試比較混合與返混的區別。混合返混*不同外觀特征的個體混和在一起的過程*不同停留時間的個體混和在一起的過程*僅僅是空間位置的攪混過程*不僅是空間位置的攪混過程，而且是時間順序的攪混〔BSTR〕有混合無返混第一節理想流動模型概述偏離平推流的情況漩渦運動：渦流、湍動、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理想流動模型概述偏離全混流的情況死角短路攪拌造成的再循環第一節理想流動模型概述流動狀況對化學反響的影響-----由物料粒子的停留時間不同所造成短路、溝流停留時間減少轉化率降低死區、再循環停留時間過長A+B→P：有效反響體積減少A+B→P→S產物P減少→停留時間的不均第一節理想流動模型概述反響器設計的根本內容選擇適宜的反響器型式反響動力學特性+反響器的流動特征+傳遞特性確定最正確的工藝條件最大反響效果+反響器的操作穩定性進口物料的配比、流量、反響溫度、壓力和最終轉化率計算所需反響器體積規定任務+反響器構造和尺寸的優化反響器設計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計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+傳給環境的熱量帶入帶出傳給環境反響器累積反響器設計的根本方程動量衡算方程氣相流動反響器的壓降大時，需要考慮壓降對反響的影響，需進展動量衡算。但有時為了簡化計算，常采用估算法。例題講解請考慮化學反響該反響在全混流反響器中進展，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。實驗測得該反響的速度方程為：rA=kCACD式中k=1.15*10-3m3/(mol.ks)。假設要求A的轉化率為40%，試求反響器的體積。解：設A的轉化率為x，那么有：對于全混流反響器，應有：3-7理想流動反響器的組合與反響體積比較比較基準一樣的反響，〔一級不可逆反響〕一樣進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對于i級……(a)CSTR——CSTR并聯物料處理量V0均分到每個CSTR，那么結論：完成一樣生產任務，假設改用兩臺同體積CSTR并聯組合生產，剩余濃度低，轉化率提高。分母增大剩余濃度低停留時間延長(b)CSTR——CSTR串聯結論：完成一樣生產任務，假設改用兩臺同體積CSTR串聯組合生產，剩余濃度比(a)更低，轉化率比(a)更高。(c)PFR——CSTR串聯結論：完成一樣生產任務，假設用PFR-CSTR串聯組合生產，剩余濃度比(b)更低，轉化率比(b)更高。(d)CSTR——PFR串聯結論：完成一樣生產任務，假設用CSTR-PFR串聯組合生產，剩余濃度和轉化率同?等效。(e)PFR——PFR并聯結論：完成一樣生產任務，假設用兩臺同體積PFR并聯組合生產，出口濃度低，轉化率較高。(g)PFR——CSTR并聯結論：完成一樣生產任務，假設用PFR–CSTR并聯組合生產，剩余濃度為兩者混合物的平均濃度。一樣的反響，一樣進料流量和濃度一樣溫度和最終反響率理想流動反響器反響體積比較比較基準比較參量〔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，一樣進料流量和濃度一樣溫度和最終反響率理想流動反響器反響體積比較比較基準比較參量〔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一樣的反響，一樣進料流量和濃度一樣溫度和最終反響率比較參量〔比什么〕〔一級不可逆反響〕多級CSTR與PFR比較〔b〕兩個CSTR串聯〔c〕PFR-CSTR串聯〔d〕CSTR-PFR串聯=〔c〕〔e〕PFR–PFR并聯〔f〕PFR-PFR串聯=〔e〕〔g〕PFR–CSTR并聯其中〔e〕PFR–PFR并聯和〔f〕PFR-PFR串聯