化学反应工程第四章答案

4-1 在定态操作反应器的进口物料中脉冲注入示踪物料。出口处示踪物浓度随时间变化的情况如下。假设在该过程中物料的密度不发生变化，试求物料的平均停留时间与停留时间分布函数，并求方差。时间 t/s 0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080示踪物浓度/ )(3cmg0 6.5 12.5 12.5 10.0 5.0 2.5 1.0 0 0解 t/min 0 2 4 6 8 10 12 14 16 183/cmgi0 6.5 12.5 12.5 10.0 5.0 2.5 1.0 0 0in/1)(itE0 0.065 0.125 0.125 0.100 0.05 0.025 0.100 0 0iit)(0 0.13 0.5 0.75 0.8 0.5 0.3 0.14 0 0min)(2iitE0 0.26 2 4.5 6.4 5 3.6 0.196 0 0应用辛普森法积分可得 )(2)(43 109753864210 ccccctdtci )5.2.10.()0.1.5.5.6(2=10min)/1(0)()(0tiicdtctE)()()()( )(2)(43 1010975 386421_ tEttEt tEtEttt 0)3.08.5.(2)4.5.013.(4032 min87.6min2 0 2222 971.81.65.47)(tdtEt4-2 无量纲方差表达式的推导（1）推导无量纲方差 ；22/t（2）推导 CSTR 的 。tt1. 2. ttetE1)(证明：2022)(iiit tt 0221tdett202)()(dtE1)1(02222/t220222 )(1)( tdettdtEtt 22t4-3 设 及 分别为闭式流动反应器的停留时间分布函数及停留FE时间分布密度函数， 为对此停留时间。（1）若该反应器为平推流反应器，试求F(1); E(1);F(0.8);E(0.8);F(1.2)（2）若该反应器为全混流反应器，试求F(1); E(1);F(0.8);E(0.8);F(1.2)（3）若该反应器为非理想流动反应器，试求F( ); F(0);E( );E(0); ；0)(dE 0)(dE解1 平推流模型0)(F)(t0)(E)(t1)()(t)()(t)()(tF2.1,80,8.0,)()(tE2 全混流， e)( eF1)()()(tfF69.015132.2.18.01ee2.80)()(tE49.0388.1e8.013 非理想流动模型a 多釜串联 ， NNeE1)!()( 0)(CFN1!1)(!21)(!11)( 2 NN NNeF 0!)(!)(!)0( 12 NNe 0!11NNeE1,0!001eNN1!1!1)( 01010 deNdedE NNN!)(00 eNN4-4 C(t)00.20.40.60.811.20 1 2 3 4 5系 列 1t/min4-18 图用阶跃法测定某一闭式流动反应器的停留时间分布，得到离开反应器的示踪剂浓度与时间的关系，如图 4-18 所示。120)(ttc32tt试求 （1）该反应器的停留时间分布函数 及分布密度函数 ；)(F)(E（2）数学期望 及方差 ；2（3）若用多釜串联模型来模拟该反应器，则模型参数是多少？（4）若用轴向扩散模型来模拟该反应器，则模型参数是多少？（5）若在此反应器内进行 1 级不可逆反应，反应速率常数，且无副反应，试求反应器出口转化率。1mink解（1）. FcttF0)( 120)(ttc32tt，120)(0tcttF32tt Ft)(，01)(0tctE32tt tE)( 20 2320 5310tdtttdttdttt025E3tt（2）. 1t75142254 425010243 323222022 dt dtdttdtttdtEt（3）. 多釜串联模型751222ttN 75175751! eeENN!1)(!21)(!11)( 12 NN NNeF 75!)75(!)75(!)( 1275 e(4). 轴向扩散模型013.75122 PeeP试差 Pe=0.001(5). 332200 011 dtedtedtedtEex ktktktktA85.23t%45.91Ax4-5. 为了测定某一闭式流动反应器的停留时间分布，采用脉冲输入法，反应器出口物料中示踪剂浓度与时间关系如下:t/min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 103/cmgt0 0 3 5 6 6 4.5 3 2 1 0试计算（1）反应物料在该反应器中的平均停留时间 及方差t2（2）停留时间小于 4.0min 的物料所占的分率。解 t(min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10( )3/cmgi0 0 3 5 6 6 4.5 3 2 1 0itE0 0 0.098 0.164 0.197 0.197 0.148 0.098 0.066 0.033 0iit0 0 0.196 0.492 0.792 0.990 0.890 0.686 0528 0297 0iitEt20 0 0392 1.476 3168 495 5328 4802 4224 2,673 0应用辛普森法积分（1）. )(2)(43 109753864210 ccccctdtci 2.413503.3.0)()(0tiicdtctEmin1)()()()( )(2)(43 11975 386421_ tEttEt tEtEttt 08.405289.7.196. 297.068.42.003 0 2222 53.108.4.7)(tdtEt63.2t（2）. 243120140 EEEdtE 36.4-6 将一定量的示踪剂从一管式流动反应器的进口处注入，并在该反应器的出口处连续检测示踪剂的浓度 ，得到如下数据：tct/min 0 4 8 12 16 20 24 28 32)/(3cmkgt0.0 3.0 5.0 5.0 4.0 2.0 1.0 0.0 0.0（1）试根据上述实验数据计算平均停留时间；（2）如果在该管式反应器中进行一级不可逆反应 ，RAk 1试计算反应物 A 的平均转化率；11min045.k（3）试根据理想平推流模型计算平均转化率并与（2）结果进行比较；（4）若按照多级 CSTR 模型处理，求模型参数 N 和停留时间分布函数 F(t)。解tmin0 4 8 12 16 20 24 28 323/mkgci0 3 5 5 4 2 1 0 0itE0 0.0375 0.0625 0.0625 0.05 0.025 0.0125 0 0iit0 0.15 0.5 0.75 0.8 0.5 0.3 0 0iitE20 0.6 4 9 12.8