反应工程 李绍芬 期末复习.ppt

1、生化反应工程复习,解: 首先求Q0, 每小时乙酸的量:,下面求反应时间t:,代入反应速率方程:,积分得: t=118.8min,解：乙酸的转化速率,将出口转化率0.35代入,反应器体积,反应速率方程rA=k1(cAcB-cRcS/K),平衡常数K=2.92, k1=4.7610-4L/(molmin), Q0=4.155m3/h, cA0=3.908mol/L, cB0=10.2mol/L, cS0=17.59mol/L, cR0=0. 采用三个等体积的CSTR串联, 计算xAf=0.35的总反应体积.,例3 乙酸和乙醇的酯化反应:,解：三个釜的物料衡算得,将出口转化率0.35代入,乙酸的转化

2、速率,解两个方程组, 求解cA1(xA1), cA2(xA2).,求解得:,则:,三个釜体积相等, 则总体积为3.2993=9.897m3.,例4 PFR中于923K等温进行丁烯脱氢反应:,反应速率方程为,原料气为丁烯与水蒸气的混合气, 丁烯摩尔分率为10%. 操作压力恒压于105Pa. 923K时, k=1.07910-4 kmol/(hm3Pa). 要求丁烯转化率为35%, 求空时?,解: 恒压变容过程, 同样利用式(4.6)计算,例5酶催化反应AB存在底物抑制，动力学方程为：,其中：rmax=0.002 mol/L/min, Km=0.01 mol/L, KI=0.25 mol/L。反应

3、开始时为A的水溶液，进料流量为Q0=1 m3/h，浓度为cA0=0.1 mol/L, 出口转化率为90%，采用连续操作的理想反应器，试设计使总反应体积最小的方案。,解：反应速率存在最大值，当：,时反应速率最大。应采用CSTR与PFR串联，并令CSTR出口为cA,opt。,CSTR物料衡算：,得：V1=583.3 L,PFR进行微元质量衡算：,积分得：V2=507.5 L,则总体积为：V1+V2=1.09 m3,例6 等温下反应体积为4.55m3的流动反应器中进行液相反应 2AR+P, 该反应为二级反应, 反应温度下反应速率常数为2.410-3m3/(molmin). 进料流量为0.5m3/mi

4、n, A的起始浓度1.6kmol/m3. 该反应器停留时间分布如下表所示. 试计算反应器出口A的转化率. (1)用离析流模型; (2)用活塞流模型.,脉冲法测定停留时间分布实验结果,解: 按BSTR计算cAt的关系.,再计算E(t)t的关系, 得到数据表列.,按离析流模型:,按活塞流模型, 其反应结果与反应时间与其空时相等的BSTR一样:,例7 用脉冲法测定某反应器停留时间分布如附表所示. 在该反应器内进行液相一级不可逆反应，反应速率常数k1=0.307min-1, 试用多釜串联模型计算反应的转化率.,附表: 脉冲法测定停留时间分布实验数据,解：先来求一级反应在CSTR中的转化率: 对第一级CSTR物料衡算:,整理得:,对第二级物料衡算：,同理, 对第N 级有：,由：,则：,可见, 只要求出模型参数N , 即可由上式计算xA.,下面求模型参数N:,将N代入计算转化率公式:,则:,例8 在一列管式固定床反应器中进行等温恒容的气固催化反应, 假定物料在反应器内的流动为活塞流. 催化剂为球形颗粒, 直径为0.5cm, 床层中空隙率为0.5, 反应物在催化剂微孔内的有效扩散系数De=1.510-2cm2/s, 反应为一级反应，(-rA)=0.8cA mol/(m3催化剂s), 忽略外扩散的影响