第三章 反应器计算ppt课件

.,第三章理想流动反应器,已知：CA0=0.307mol/L，速率常数k=61.510-2L/(molh)，计算过量度m=1,5，xAf=0.5,0.9,0.99时所需反应时间。解：m=CB0/CA0=1,由公式,当转化率为：,当转化率增大时，反应时间增大迅速；尤其在高转化率情况下，反应时间增大幅度更为显著。,3-1,.,m=CB0/CA0=5,由公式:,当转化率为：,当B过量度为5时，即使在高转化率下，因反应速度增大，其反应时间增大得较为缓慢；这是因为B消耗量与B的初始量相比，B的消耗量较小，B浓度可近似认为不变，反应成为拟一级反应；由于B处在高浓度状态，反应速度较大。,.,已知皂化反应速率表达式为：,由间歇反应器计算反应时间公式,可知，反应时间仅与转化率有关与反应容积无关，故具有相同的反应时间。,解：,k和CA0之值。,3-2,根据题中所给，,解得，,可以验证，反应器容积分别为1m3和2m3时，具有相同的反应时间。,.,原题见书p.112,由题意可知，PFR计算公式:,解：,可得,反应条件不变，换到CSTR中进行。,根据CSTR计算公式,值不变，,因,解得,3-3,.,3（外加习题-1）,有一级不可逆反应在容积为VR的PFR中进行反应，进料流量为V0P,出口转化率为90%。若将此反应换在同容积的CSTR中，若反应温度不变，并要求CSTR的出口转化率也为90%，这时进料流量V0C应该调到多大才能达到目的？,解：,根据PFR计算公式,根据CSTR计算公式,.,3(外加习题2),有一级反应在CSTR中进行，出口转化率xA=0.6，欲使转化率提高到0.8，在反应条件不变的情况下，需要串联多大容积的CSRT？,解：,根据CSRT容积计算公式：,.,题意：150在PFR中进行一级反应，转化率为0.6，改用等容积的CSTR，转化率为0.7，在CSTR中的反应温度为多高？已知Ea=83.68kJ/mol。,解：在PFR中，,在CSTR中，,因为,两边取自然对数，,解得,3-4,.,A+BP+R,在VR=100L的CSTR中进行反应,题意：,速率表示式为,解：,两股流体等流量同时加入反应器，总流量是其两倍，使,因为在CSTR中，浓度、温度、反应速率处处相同，而且不随时间变化。于是,A、B初始浓度相互稀释至一半，,3-5,。,.,如果反应速率表达式以A的消耗速率表示：,同理，在CSTR中，浓度、温度、反应速率处处相同，而且不随时间变化。于是计算着眼组分变为A,A的出口转化率为,A的转化量为,可见，因A与B等量消耗，虽然A与B的初始浓度不同，但转化量是相等的，于是有,有相同的计算结果：,.,3-6,二级反应,反应在等温下进行，求以下几种反应器的出口转化率。,解：,2个0.25m3的CSTR串联，VR1=VR2=250L,根据公式:,解得,第二个CSTR:,整理得,解得,可见，对于二级反应，相同反应容积的CSTR，因第二个反应器内反应物浓度较低，反应速率较小，其转化率增值比第一个小得多。,.,0.25m3的CSTR串联一个0.25m3的PFR。第一个CSTR的转化率xA1已求出，,PFR计算式：,解得,xA1=0.622,xA2=0.8571,CA0,.,0.25m3的PFR串联0.25m3的CSTR。首先求PFR的出口转化率xA1,解得,再求CSTR的出口转化率xA2：,解得,.,解得,.,3-7,自催化反应AP，,解：,单个PFR：,零不能取自然对数，此题无解！,单个CSTR：,.,2个等容积的CSTR串联：,第1个CSTR：,第2个CSTR：,显然,或,解得,总容积为20.665=1.33m3,.,3-8,在CSTR中进行一级可逆反应：AR，,平衡转化率,出口实际转化率,如何调节V0使转化率为0.5？,解：,平衡时反应速率为零，即,解得，,CSTR计算式：,解得，,因为T和VR不变，调节后的流量为,解得，,调节后的流量为,与V0对比之，,.,3-9,有平行反应,AL（主）,2AM（副）,初始浓度为,试证明L的最大收率为,解：,PFR中进行。,由瞬时选择率公式：,L的浓度就是对sL的积分,上式无极值。只有当CAf=0时，CL才有最大值，于是,证毕。,.,3-11,有平行反应:,试证明:,在CSTR中，CLmax=CA0；,在PFR中，,解：,根据瞬时选择率计算式,在CSTR中，,此式无极值，只有当CAf=0时，L浓度最大，即,在PFR中，,证毕。,此式无极值，只有当CAf=0时，L浓度最大，即CLmax=CA0。,.,3(外加习题3),有平行反应，已知CA0=2mol/L，,（1）在CSTR中得到最大的L浓度（CLf）max；,（2）在PFR中得到最大的L浓度（CLf）max；,（3）当在CSTR中浓度处在最大选择率时，得到的L浓度CLf。,解：,根据平行反应瞬时选择率的定义,试求：,可得,右图为sLCA函数曲线图。,.,欲在CSTR中得到最大的目的产物浓度，必须选择CSTR中A的最佳浓度，,得到,（1）在CSTR中，总选择率等于瞬时选择率：sL=SL，并且CA=CAf，于是,求极值,.,（2）在PFR中，CLf是瞬时选择率对CA的积分,欲使CLf最大，只有PFR出口CAf为零时，于是,.,（3）当在CSTR中具有最大选择率时，A浓度可用求极值方法确定，即,当,时，有最大的选择率,.,3-12,在PFR中进行反应：,A,M,N,求YLmax和opt。,解：,因为是基元反应，速率方程为：,其中有条件,解得,L(主）,(副）,(副）,(一阶线性常微分方程）,L的净生成速率为：,经整理后，得,由,的解通式：,可解得,.,收率为：,为求最大收率，对YL关于t求极值,令,解得最佳反应时间,求得,将最佳反应时间topt代入收率公式中，得到,可见，比值越大，YLmax越高。,.,3-13,在容积为10m3的绝热CSTR中进行一级反应，CA0=5kmol/m3,V0=0.01m3/s,密度=850kg/m3，质量热容Cp=2.201kJ/(kgK)，（-Hr）=-20000J/mol，反应速率常数k=106exp（-12000/T）s-1.当反应器进料温度为（1）290K；（2）300K;（3）310K时，求定状的反应温度和转化率。,解：,与P.99例3-6相同,放热速率：,.,.,绝热移热速率：,.,（1）当T0=290K时,（2）当T0=300K时,（3）当T0=300K时,.,3（外加习题-4）,有一级不可逆反应（A=L+M）在容积为2m3的CSTR中进行反应，进料流量为1.0m3/h,A的进料浓度为1.0kmol/m3，出口转化率为80%。若在运行中因故突然将CSTR的进出