内容发布更新时间 : 2024/11/9 15:04:42星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
反应工程作业 化工 090328 浦绍瑞
反应工程作业
化工 090328 浦绍瑞
4.7 在 内径为 1.22m 的绝 热管式反 应器中进 行乙苯催化脱氢反应 C6 H
5
C H
2
5
C H
6
5
CH CH
2
H 。进料温度为 898K，若在活塞流反应器中
2
进行该反应， 进料为乙苯和水蒸气的混合物， 其摩尔比为 1:20。反应速率常数与 T kmol s kg Pa 温度的关系为 k 3.452 10 exp(10983/ ), /( ) ，不同温度下的化学
5
平衡常数值可根据下列近似式估算
。反应物的
K 3.96 10 exp( 14520 / T ), Pa
11
5
。催化剂床层的堆密 平均比热容为 2.177kJ /( kg K ) ，反应热等于 1.39 10 J / mol 度为
1440kg/m 。试计算反应器的轴向温度及转化率分布。 一、 题目背景
苯乙烯是用苯取代乙烯的一个氢原子形成的有机化合物， 乙烯基的电子与苯 环共轭，不溶于水，溶于乙醇、乙醚中，暴露于空气中逐渐发生聚合及氧化。工 业上是合成树脂、离子交换树脂及合成橡胶等的重要单体。
由于苯乙烯的重要性 , 乙苯脱氢反应动力学和反应器的模拟及优化的研究 备受世人瞩目。 通过模拟获得乙苯脱氢反应器的轴向温度分布和转化率分布， 以在生产过程中以此为依据优化工艺操作条件。
可
3
二、 解决问题过程
5
5
2
将乙苯转化速率转变为转化率的函数： r
A
1.2 10 (1 x ) (1.2 10 x )
k[ ]
A
A
绝热操作，为变温情况，将题目中所给的
5
21 x A
K (21 x ) 2
A
k 及 K 与温度的关系代入上式得：
1 x
5
A
1.2 10 x
A
5
2
2
]
r
A
3. 452 10 exp( 10983/ T ) 1440 1.2 10 [
T
6
x )
A
21 x
A
3. 96 10 exp( 14520/ )(21
进料中乙苯与水蒸气的摩尔比为 1/20，则 yA0 1/(20 1) 1/ 21，绝热温升为：
5
(
A0
H )
r T 0
y ( 恒容
A0
H )
r
1.39 10
137
K
21 2. 177 22.19
M C
pt A
C
pt
1
反应工程作业 化工 090328 浦绍瑞
又由
G
0 A
A
T T0
dx
x ，可得反应过程温升与转化率的关系为： T 898 137 xA
A
3
由
( ) ，其中 A0
M R x
A
A
A
G 1.7 10
2
1.454 10 km ol/( m s) 可得轴
3 3
M
A
dZ
1.22 4
向转化率的分布为：
6 7 2 14520 dx 4.104 10983 3. 03 10 10 x exp( )] exp( ) [1 x A
A 898 137x A 21 x 21 x 898 137x A dZ A
A A
上式初值条件为： Z 0时，
x
A
0 。上式分离变量，采用 Metlab 中 Simpson 法
积分， 程序 如下： function
dx=fun1(t,x)
dx=[4.104*10^6/(21+x(1))*exp(-10983/(898-137*x(1)))*(1-x( 1)-3.03*10^(-7)*x(1)^2/(21+x(1))*exp(14520/(898-137*x(1)) ));
-137*(4.104*10^6/(21+x(1))*exp(-10983/(898-137*x(1)))*(1- x(1)-3.03*10^(-7)*x(1)^2/(21+x(1))*exp(14520/(898-137*x(1 )))))]; end
clear;clc; xa=[0;898]
z=linspace(0,3.2,32); [t,y]=ode45( plot(t,y(:,1)) figure() plot(t,y(:,2)) result=[t y(:,1) y(:,2)]
'fun1'
,z,xa)
由于绝热反应过程的温度与转化率成线性关系，由式
T 898 137 xA 可算出给定