内容发布更新时间 : 2024/5/6 4:42:48星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

所以Q0=1/3 m3/h 丙二醇的浓度=丙二醇的产量=

(2) 采用定态下连续操作

所以Q0=0.109m/h 丙二醇的产量=

3

（3）因连续釜在低的反应物浓度下操作，反映速率慢，故产量低。

4 管式反应器

4.1在常压及800℃等温下在活塞流反应器中进行下列气相均相反应：

在反应条件下该反应的速率方程为：

式中CT及CH分别为甲苯及氢的浓度，mol/l，原料处理量为2kmol/h，其中甲苯与氢的摩尔比等于1。若反应器的直径为50mm，试计算甲苯最终转化率为95%时的反应器长度。

解：根据题意可知甲苯加氢反应为恒容过程，原料甲苯与氢的摩尔比等于1，即：

，则有：

示中下标T和H分别代表甲苯与氢，其中：

所以，所需反应器体积为：

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所以，反应器的长度为：

4.2根据习题3.2所规定的条件和给定数据，改用活塞流反应器生产乙二醇，试计算所需反应体积，并与间歇釜式反应器进行比较。

解：题给条件说明该反应为液相反应，可视为恒容过程，在习题3.2中已算出：

所以，所需反应器体积：

由计算结果可知，活塞流反应器的反应体积小，间歇釜式反应器的反应体积大，这是由于间歇式反应器有辅助时间造成的。

4.7拟设计一等温反应器进行下列液相反应：

目的产物为R，且R与B极难分离。试问： （1） （1） 在原料配比上有何要求？

（2） （2） 若采用活塞流反应器，应采用什么样的加料方式？ （3） （3） 如用间歇反应器，又应采用什么样的加料方式？

解：对于复合反应，选择的原则主要是使目的产物R的最终收率或选择性最大，根据动力学特征，其瞬时选择性为：

由此式可知要使S最大，CA越小越好，而CB越大越好，而题意又给出R与B极难分离，故又要求CB不能太大，兼顾二者要求：

（1）原料配比，如果R与B极难分离为主要矛盾，则除去第二个反应所消耗的A量外，应按第一个反应的化学计量比配料，而且使B组分尽量转化。 （2）若采用PFR，应采用如图所示的加料方式，即A组分沿轴向侧线分段进料，而B则在入口处进料。

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（3）如用半间歇反应器，应采取B一次全部加入，然后慢慢加入A组分，直到达到要求的转化率为止。

4.8在管式反应器中400℃等温下进行气相均相不可逆吸热反应，该反应的活化能等于39.77kJ/mol。现拟在反应器大小，原料组成及出口转化率均保持不变的前提下（采用等温操作），增产35%，请你拟定一具体措施（定量说明）。设气体在反应器内呈活塞流。

解：题意要求在反应器大小，原料组成和出口转化率均保持不变，由下式：

可知，Q0与反应速率常数成正比，而改变反应温度又只与k有关，所以，提高反应温度可使其增产。具体值为:

解此式可得：T2=702.7K。即把反应温度提高到702.7K下操作，可增产35%。

4.9根据习题3.8所给定的条件和数据，改用活塞流反应器，试计算苯酚的产量，并比较不同类型反应器的计算结果。 解：用活塞流反应器：

将已知数据代入得：

解得：

，所以苯酚产量为：

由计算可知改用PFR的苯酚产量远大于全混流反应器的苯酚产量，也大于间歇式反应器的产量。但间歇式反应器若不计辅助时间，其产量与PFR的产量相同（当然要在相同条件下比较）。

4.10根据习题3.9所给定的条件和数据，改用活塞流反应器，反应温度和原料组成均保持不变，而空时与习题3.9（1）的反应时间相同，A的转化率是否可达到95%？R的收率是多少？

解：对于恒容过程，活塞流反应器所需空时与间歇反应器的反应时间相同，所以A的转化率是可以达到95%的。R的收率与间歇反应器时的收率也相同，前已算出收率为11.52%。

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5 停留时间分布与反应器

5.1设F(θ)及E(θ)分别为闭式流动反应器的停留时间分布函数及停留时间分布密度函数，θ为对比时间。

（1） （1） 若该反应器为活塞流反应器，试求

（a） （a） F(1)(b)E(1)(c)F(0.8)(d)E(0.8)(e)E(1.2) (2)若该反应器为全混流反应器，试求

（a）F(1)(b)E(1)(c)F(0.8)(d)E(0.8)(e)E(1.2) (3) 若该反应器为一个非理想流动反应器，试求

（a）F(∞)(b)F(0)(c)E(∞)(d)E(0)(e)

(f)

解：（1）因是活塞流反应器，故符合理想活塞流模型的停留时间分布，由（5.33-5.36）式可得：

(a)F(1)=1.0(b)E(1)=∝(c)F(0.8)=0(d)E(0.8)=0(e)E(1.2)=0

（1） （2） 因是全混流反应器，故符合理想全混流模型的停留时间分布，由

（5.33-5.36）式可得： （a）F(1)=1-e-1=0.6321 (b)E(1)=e-1=0.3679 (c)F(0.8)=1- e-0.8=0.5507 (d)E(0.8)= e-0.8=0.4493 (e)=E(1.2)=0.3012

（2） （3） 因是一个非理想流动反应器，故可得： （a）F(∞)=1 (b)F(0)=0 (c)E(∞)=0 (d)E(0)>1 (e)

=1 (f)

=1

5.2用阶跃法测定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与时间的关系如下：

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试求：

（1） （1） 该反应器的停留时间分布函数F(θ)及分布密度函数E(θ)。 （2） （2） 数学期望

及方差

。

（3） （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） （4） 若用轴相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一级不可逆反应，反应速率常数k=1min-1，且无副反应，试求反应器出口转化率。

解：（1）由图可知C0=C(∝)=1.0，而F(θ)=F(t)=C(t)/ C(∝)，所以：

如下图所示：

由（5.20）式可得平均停留时间：

即为上图中阴影面积。由（5.5）式得：

所以：

如右图所示：

（2）由于是闭式系统，故由式（5.23）可得方差：

（3）由（5.20）式可得模型参数N为：（3） （4） 由于返混很小，故可用

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，所以

，所以：