《化学反应工程》第三章课后习题答案详解课件

习题3-1解答习题3-1解答解：根据CSTR基本方程习题3-1解答习题3-1解答解：根据CSTR基本方程1《化学反应工程》第三章课后习题答案详解ppt课件2分析：等当量配料，随转化率提高，反应时间迅速增长；若采用过量组分配料，随转化率提高，反应时间增长放慢。分析：等当量配料，随转化率提高，反应时间迅速增长；3习题3-2解答(反应时间与反应体积无关）习题3-2解答(反应时间与反应体积无关）4习题3-3解答（1）PFR（2）CSTR解：（1）（2）操作条件不变，等体积反应器，则习题3-3解答（1）PFR（2）CSTR解：（1）（2）操作5习题3-4解答平推流全混流习题3-4解答平推流全混流6习题3-5解答习题3-5解答7习题3-6解答解：（1）串联两个体积0.25m3的CSTR试求下列方案的转化率。习题3-6解答解：（1）串联两个体积0.25m3的CSTR试8《化学反应工程》第三章课后习题答案详解ppt课件9（2）一个0.25m3的CSTR，后接一个0.25m3的PFR（2）一个0.25m3的CSTR，后接一个0.25m3的PF10（3）一个0.25m3的PFR，后接一个0.25m3的CSTR（3）一个0.25m3的PFR，后接一个0.25m3的CS11（4）两个0.25m3的PFR串联（4）两个0.25m3的PFR串联12《化学反应工程》第三章课后习题答案详解ppt课件13习题3-7讲解3-7已知：下列各种情况下的反应体积。解：（1）单个PFR习题3-7讲解3-7已知：下列各种情况下的反应体积。解：（114《化学反应工程》第三章课后习题答案详解ppt课件15（2）单个CSTR（2）单个CSTR16（3）两个CSTR串联（3）两个CSTR串联17《化学反应工程》第三章课后习题答案详解ppt课件18习题3-8讲解3-8已知：如何调节加料速率，解：当反应达到平衡转化率时习题3-8讲解3-8已知：如何调节加料速率，解：当反应达到平19《化学反应工程》第三章课后习题答案详解ppt课件20加料速率减小到原来的1/3倍，可使转化率达到0.5。加料速率减小到原来的1/3倍，可使转化21习题3-9讲解3-9已知：进料浓度为CA0。试证明在PFR中，L最大收率为证明：习题3-9讲解3-9已知：进料浓度为CA0。试证明在PFR中22对于PFR：对于PFR：23《化学反应工程》第三章课后习题答案详解ppt课件24证毕。证毕。25习题3-10解答已知：B大量过量，【分析与解答】习题3-10解答已知：B大量过量，【分析与解答】26结果为：解：（1）由于是间歇反应器，所以液相反应，前后体积不变；由此可确定L浓度。B组分大大过量，近似为一级反应；由此可简化速率方程。结果为：解：（1）由于是间歇反应器，所以液相反应，前后体积不27《化学反应工程》第三章课后习题答案详解ppt课件28《化学反应工程》第三章课后习题答案详解ppt课件29《化学反应工程》第三章课后习题答案详解ppt课件30习题3-11解答解：对于CSTR：习题3-11解答解：对于CSTR：31对于PFR：由于PFR中的选择率沿不同管截面而发生变化，其总选择率应为瞬时选择率的积分：对于PFR：由于PFR中的选择率沿不同管截面而发生变化，其总32证毕。证毕。33习题3-12解答在平推流反应器中进行基元反应L为目的产物，已知，求L的最大收率及最优接触时间。解：根据同11题一样，求L的最大浓度。习题3-12解答在平推流反应器中进行基元反应L为目的产物，已34数学知识：一阶非齐次线性微分方程：的通解为数学知识：一阶非齐次线性微分方程：的通解为35则该反应的最佳时间为：CL存在极大值的必要条件是：CL的最大浓度为：则该反应的最佳时间为：CL存在极大值的必要条件是：CL的最大36习题3-13解答CSTR求定状的反应温度和转化率。解：根据QR和QC方程确定定态点习题3-13解答CSTR求定状的反应温度和转化率。解：根据Q37《化学反应工程》第三章课后习题答案详解ppt课件38935.45分别作T~QR、QC1QC2、QC3曲线，有5个交点，其中是稳态操作点2个，分别为Q1=187.09,和Q2=935.45;对应温度分别为:T1=310KT2=345K187.09935.45分别作T~QR、QC1187.0939《化学反应工程》第三章课后习题答案详解ppt课件40《化学反应工程》第三章课后习题答案详解ppt课件413、为什么将流动模型中的“混合”称为“返混”？12456101173981513121416171819202122232425262728291~30有序无序1~30物料粒子从出口流出状况①先流入的物料粒子不一定先流出②同时流入的物料粒子不一定同时流出③物料粒子在反应器内的停留时间各不相同3、为什么将流动模型中的“混合”称为“返混”？124561042反应器内的混合——不同停留时间的物料粒子间的混合，称之为返混。停留时间——①物料粒子从反应进口算起，到出口为止所耗费的时间；②物料粒子的标签，以区别物料在反应器内反应时间的不同；③描述物料粒子在反应器内返混程度强弱的一个参量。思考：如果停留时间等于平均停留时间的物料粒子越多说明该反应器内返混程度是强还是弱？第一节理想流动模型概述反应器内的混合——不同停留时间的物料粒子间停留时间——43物料粒子：②反应物料的最小构成单元；①认识反应物料的一种概念模型；③既不属于微观粒子，也不属于宏观颗粒；④等同于流体质点假说；⑤其大小与原子、分子相比，是一个很大的集合体，但与宏观颗粒相比，是一个微不足道的微小单元。第一节理想流动模型概述物料粒子：②反应物料的最小构成单元；①认识反应物料的一种44流动模型1、理想置换——活塞流模型2、理想混合——全混流模型同一截面上组成、温度、流速、密度等均匀一致。不存在任何“返混”现象反应器内均匀一致，浓度、温度等参数与出口浓度相等。达到最大程度的“返混”第一节理想流动模型概述流动模型1、理想置换——活塞流模型2、理想混合——全混流模型45理想流动反应器：物料的流动状况具有理想流动模型特征的反应器称为理想流动反应器。间歇反应器活塞流反应器全混流反应器——无返混，物料粒子同进同出。——无返混，物料粒子同进同出。——返混程度极大，不同停留时间的物料粒子混合均匀。（BSTR）（PFR）（CSTR）连续流动反应器第一节理想流动模型概述理想流动反应器：物料的流动状况具有理想流动模型特征的反应器间46没有混合（BSTR）（PFR）（CSTR）（平推流反应器）间歇反应器活塞流反应器全混流反应器第一节理想流动模型概述没有混合（BSTR）（PFR）（CSTR）（平推流反应器）间47思考题：试比较混合与返混的区别。混合返混*不同外观特征的个体混和在一起的过程*不同停留时间的个体混和在一起的过程*仅仅是空间位置的搅混过程*不仅是空间位置的搅混过程，而且是时间顺序的搅混（BSTR）有混合无返混第一节理想流动模型概述思考题：试比较混合与返混的区别。混合返混*不同外观特征的个体48偏离平推流的情况漩涡运动：涡流、湍动、碰撞填料截面上流速不均匀沟流、短路：填料或催化剂装填不均匀第一节理想流动模型概述偏离平推流的情况漩涡运动：涡流、湍动、碰撞填料截面上流速不均49偏离全混流的情况死角短路搅拌造成的再循环第一节理想流动模型概述偏离全混流的情况死角短路搅拌造成的再循环第一节理想流动模型50流动状况对化学反应的影响-----由物料粒子的停留时间不同所造成短路、沟流停留时间减少转化率降低死区、再循环停留时间过长A+B→P：有效反应体积减少A+B→P→S产物P减少→停留时间的不均第一节理想流动模型概述流动状况对化学反应的影响短路、沟流停留时间减少转化率降低死区51反应器设计的基本内容选择合适的反应器型式反应动力学特性+反应器的流动特征+传递特性确定最佳的工艺条件最大反应效果+反应器的操作稳定性进口物料的配比、流量、反应温度、压力和最终转化率计算所需反应器体积规定任务+反应器结构和尺寸的优化反应器设计的基本内容选择合适的反应器型式反应动力学特性+反应52反应器设计的基本方程物料衡算方程某组分流入量=某组分流出量+某组分反应消耗量+某组分累积量流入流出反应器积累反应器设计的基本方程物料衡算方程某组分流入量=某组分流出量+53反应器设计的基本方程热量衡算方程带入的热焓=带出的热焓+反应热+热量的累积+传给环境的热量带入带出传给环境反应器累积反应器设计的基本方程热量衡算方程带入的热焓=带出的热焓+反应54反应器设计的基本方程动量衡算方程气相流动反应器的压降大时，需要考虑压降对反应的影响，需进行动量衡算。但有时为了简化计算，常采用估算法。反应器设计的基本方程动量衡算方程气相流动反应器的压降大时，需55例题讲解请考虑化学反应该反应在全混流反应器中进行，反应温度为20℃，液料的体积流量为0.5m3/h,CA0=96.5mol/m3,CB0=184mol/m3,催化剂的浓度CD=6.63mol/m3。实验测得该反应的速度方程为：

rA=kCACD式中k=1.15*10-3m3/(mol.ks)。若要求A的转化率为40%，试求反应器的体积。例题讲解请考虑化学反应该反应在全混流反应器中进行，反应温度为56解：设A的转化率为x，则有：对于全混流反应器，应有：解：设A的转化率为x，则有：对于全混流反应器，应有：573-7理想流动反应器的组合与反应体积比较比较基准相同的反应，（一级不可逆反应）相同进料流量和浓度相同温度和最终反应率相同体积比较参量（比什么）——不同组合方式下的出口浓度全混流3-7理想流动反应器的组合与反应体积比较比较基准相同的反58平推流mi1对于i级……平推流mi1对于i级……59(a)CSTR——CSTR并联物料处理量V0均分到每个CSTR，则结论：完成相同生产任务，若改用两台同体积CSTR并联组合生产，残余浓度低，转化率提高。分母增大残余浓度低停留时间延长(a)CSTR——CSTR并联物料处理量V0均分到每个C60(b)CSTR——CSTR串联结论：完成相同生产任务，若改用两台同体积CSTR串联组合生产，残余浓度比(a)更低，转化率比(a)更高。(b)CSTR——CSTR串联结论：完成相同生产任务，61(c)PFR——CSTR串联结论：完成相同生产任务，若用PFR-CSTR串联组合生产，残余浓度比(b)更低，转化率比(b)更高。(c)PFR——CSTR串联结论：完成相同生产任务，若用62(d)CSTR——PFR串联结论：完成相同生产任务，若用CSTR

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PFR串联组合生产，残余浓度和转化率同©等效。(d)CSTR——PFR串联结论：完成相同生产任务，若用63(e)PFR——PFR并联结论：完成相同生产任务，若用两台同体积PFR并联组合生产，出口浓度低，转化率较高。(e)PFR——PFR并联结论：完成相同生产任务，若用两64(g)PFR——CSTR并联结论：完成相同生产任务，若用PFR

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CSTR并联组合生产，残余浓度为两者混合物的平均浓度。(g)PFR——CSTR并联结论：完成相同生产65相同的反应，相同进