第三章 反應器計算PPT課件

.,第三章理想流動反應器,已知：CA0=0.307mol/L，速率常數(shù)k=61.510-2L/(molh)，計算過量度m=1,5，xAf=0.5,0.9,0.99時所需反應時間。解：m=CB0/CA0=1,由公式,當轉(zhuǎn)化率為：,當轉(zhuǎn)化率增大時，反應時間增大迅速；尤其在高轉(zhuǎn)化率情況下，反應時間增大幅度更為顯著。,3-1,.,m=CB0/CA0=5,由公式:,當轉(zhuǎn)化率為：,當B過量度為5時，即使在高轉(zhuǎn)化率下，因反應速度增大，其反應時間增大得較為緩慢；這是因為B消耗量與B的初始量相比，B的消耗量較小，B濃度可近似認為不變，反應成為擬一級反應；由于B處在高濃度狀態(tài)，反應速度較大。,.,已知皂化反應速率表達式為：,由間歇反應器計算反應時間公式,可知，反應時間僅與轉(zhuǎn)化率有關(guān)與反應容積無關(guān)，故具有相同的反應時間。,解：,k和CA0之值。,3-2,根據(jù)題中所給，,解得，,可以驗證，反應器容積分別為1m3和2m3時，具有相同的反應時間。,.,原題見書p.112,由題意可知，PFR計算公式:,解：,可得,反應條件不變，換到CSTR中進行。,根據(jù)CSTR計算公式,值不變，,因,解得,3-3,.,3（外加習題-1）,有一級不可逆反應在容積為VR的PFR中進行反應，進料流量為V0P,出口轉(zhuǎn)化率為90%。若將此反應換在同容積的CSTR中，若反應溫度不變，并要求CSTR的出口轉(zhuǎn)化率也為90%，這時進料流量V0C應該調(diào)到多大才能達到目的？,解：,根據(jù)PFR計算公式,根據(jù)CSTR計算公式,.,3(外加習題2),有一級反應在CSTR中進行，出口轉(zhuǎn)化率xA=0.6，欲使轉(zhuǎn)化率提高到0.8，在反應條件不變的情況下，需要串聯(lián)多大容積的CSRT？,解：,根據(jù)CSRT容積計算公式：,.,題意：150在PFR中進行一級反應，轉(zhuǎn)化率為0.6，改用等容積的CSTR，轉(zhuǎn)化率為0.7，在CSTR中的反應溫度為多高？已知Ea=83.68kJ/mol。,解：在PFR中，,在CSTR中，,因為,兩邊取自然對數(shù)，,解得,3-4,.,A+BP+R,在VR=100L的CSTR中進行反應,題意：,速率表示式為,解：,兩股流體等流量同時加入反應器，總流量是其兩倍，使,因為在CSTR中，濃度、溫度、反應速率處處相同，而且不隨時間變化。于是,A、B初始濃度相互稀釋至一半，,3-5,。,.,如果反應速率表達式以A的消耗速率表示：,同理，在CSTR中，濃度、溫度、反應速率處處相同，而且不隨時間變化。于是計算著眼組分變?yōu)锳,A的出口轉(zhuǎn)化率為,A的轉(zhuǎn)化量為,可見，因A與B等量消耗，雖然A與B的初始濃度不同，但轉(zhuǎn)化量是相等的，于是有,有相同的計算結(jié)果：,.,3-6,二級反應,反應在等溫下進行，求以下幾種反應器的出口轉(zhuǎn)化率。,解：,2個0.25m3的CSTR串聯(lián)，VR1=VR2=250L,根據(jù)公式:,解得,第二個CSTR:,整理得,解得,可見，對于二級反應，相同反應容積的CSTR，因第二個反應器內(nèi)反應物濃度較低，反應速率較小，其轉(zhuǎn)化率增值比第一個小得多。,.,0.25m3的CSTR串聯(lián)一個0.25m3的PFR。第一個CSTR的轉(zhuǎn)化率xA1已求出，,PFR計算式：,解得,xA1=0.622,xA2=0.8571,CA0,.,0.25m3的PFR串聯(lián)0.25m3的CSTR。首先求PFR的出口轉(zhuǎn)化率xA1,解得,再求CSTR的出口轉(zhuǎn)化率xA2：,解得,.,解得,.,3-7,自催化反應AP，,解：,單個PFR：,零不能取自然對數(shù)，此題無解！,單個CSTR：,.,2個等容積的CSTR串聯(lián)：,第1個CSTR：,第2個CSTR：,顯然,或,解得,總?cè)莘e為20.665=1.33m3,.,3-8,在CSTR中進行一級可逆反應：AR，,平衡轉(zhuǎn)化率,出口實際轉(zhuǎn)化率,如何調(diào)節(jié)V0使轉(zhuǎn)化率為0.5？,解：,平衡時反應速率為零，即,解得，,CSTR計算式：,解得，,因為T和VR不變，調(diào)節(jié)后的流量為,解得，,調(diào)節(jié)后的流量為,與V0對比之，,.,3-9,有平行反應,AL（主）,2AM（副）,初始濃度為,試證明L的最大收率為,解：,PFR中進行。,由瞬時選擇率公式：,L的濃度就是對sL的積分,上式無極值。只有當CAf=0時，CL才有最大值，于是,證畢。,.,3-11,有平行反應:,試證明:,在CSTR中，CLmax=CA0；,在PFR中，,解：,根據(jù)瞬時選擇率計算式,在CSTR中，,此式無極值，只有當CAf=0時，L濃度最大，即,在PFR中，,證畢。,此式無極值，只有當CAf=0時，L濃度最大，即CLmax=CA0。,.,3(外加習題3),有平行反應，已知CA0=2mol/L，,（1）在CSTR中得到最大的L濃度（CLf）max；,（2）在PFR中得到最大的L濃度（CLf）max；,（3）當在CSTR中濃度處在最大選擇率時，得到的L濃度CLf。,解：,根據(jù)平行反應瞬時選擇率的定義,試求：,可得,右圖為sLCA函數(shù)曲線圖。,.,欲在CSTR中得到最大的目的產(chǎn)物濃度，必須選擇CSTR中A的最佳濃度，,得到,（1）在CSTR中，總選擇率等于瞬時選擇率：sL=SL，并且CA=CAf，于是,求極值,.,（2）在PFR中，CLf是瞬時選擇率對CA的積分,欲使CLf最大，只有PFR出口CAf為零時，于是,.,（3）當在CSTR中具有最大選擇率時，A濃度可用求極值方法確定，即,當,時，有最大的選擇率,.,3-12,在PFR中進行反應：,A,M,N,求YLmax和opt。,解：,因為是基元反應，速率方程為：,其中有條件,解得,L(主）,(副）,(副）,(一階線性常微分方程）,L的凈生成速率為：,經(jīng)整理后，得,由,的解通式：,可解得,.,收率為：,為求最大收率，對YL關(guān)于t求極值,令,解得最佳反應時間,求得,將最佳反應時間topt代入收率公式中，得到,可見，比值越大，YLmax越高。,.,3-13,在容積為10m3的絕熱CSTR中進行一級反應，CA0=5kmol/m3,V0=0.01m3/s,密度=850kg/m3，質(zhì)量熱容Cp=2.201kJ/(kgK)，（-Hr）=-20000J/mol，反應速率常數(shù)k=106exp（-12000/T）s-1.當反應器進料溫度為（1）290K；（2）300K;（3）310K時，求定狀的反應溫度和轉(zhuǎn)化率。,解：,與P.99例3-6相同,放熱速率：,.,.,絕熱移熱速率：,.,（1）當T0=290K時,（2）當T0=300K時,（3）當T0=300K時,.,3（外加習題-4）,有一級不可逆反應（A=L+M）在容積為2m3的CSTR中進行反應，進料流量為1.0m3/h,A的進料濃度為1.0kmol/m3，出口轉(zhuǎn)化率為80%。若在運行中因故突然將CSTR的進出