反应工程课后习题参考答案(3)

t tE(t)dt t16te 4tdt 0.5min

（2）因是闭式系统，所以：

t 0.5min

（3） 空速为空时的倒数，所以：

1

S 2min 1

0.5

（4）

1

F(1) E(t)dt 16te 4tdt 4te 4t

11

11

4 e 4tdt 0.9084

00

所以，停留时间小于1min的物料所占的分率为90.84%。

（5）1 F(1) 1 0.9084 0.0916。停留时间大于1min的物料占9.16%。 （6）先计算方差：

2

( )E( )d E( )d 24 e 2 d 1

2

2

2

3 2 e 1 0.5

20

根据多釜串联模型参数与方差的关系得：

1N 2 2

0.5

(7)略

（8）因是一级不可逆反应，所以估计反应器出口转化率既可用扩散模型，也可用多釜串联模型或离析流模型，其结果应近似。 采用多釜串联模型，由（3.50）式得：

1

1 XAf

所以有：

C11

0.16N2

CA0(1 k /N)(1 6 0.5/2)

XAf 1 0.16 0.84

6t

C(t) CeA0（9）用离析流模型，因一级不可逆反应，故间歇反应器的A，所

以：

C(t) CA 6t 4tA

E(t)dt e 16edt 16te 10tdt 0.160C00CA0A0

反应器出口转化率为XA=0.84，计算结果同前题用多釜串联模型结果相近。

5.7在一个全混流釜式反应器中等温进行零级反应A→B,反应速率rA=9mol/min.l,进料浓度CA0为10mol/l，流体在反应器内的平均停留时间t为1min,请按下述情况分别计算反应器出口转化率： （1） 若反应物料为微观流体； （2） 若反应物料为宏观流体。

并将上述计算结果加以比较，结合题5.5进行讨论。

解：（1）因是微观流体，故可用全混流反应器的物料衡算式,且又是闭式系统，

t 1min，所以：

CA0 CA10 C 1RA9

解得：CA 1mol/l XA 1 CA/CA0 1 1/10 0.90

（2）宏观流体且是零级反应，故只能用离析流模型，先确定式中CA(t)与t的关系。在间歇反应器中：

dCA

9mol/min.ldt

积分上式得：

CACA0

1.0 0.9t 0

t t

10

9109

上式中t=10/9min为完全反应时间。而全混流反应器的停留时间分布为：

1

E(t) exp( t/ ) exp( t/t)

t

代入（5.38）式中得：

1

1 X (CA/CA0)E(t)dt

'A

10/9

1

(1.0 0.9t)exp( t/t)dt 0.396

t

'

X所以出口转化率A 0.604

由此可见，对于零级反应，其他条件相同，仅混合态不同，则出口转化率是不同的。且宏观流体的出口转化率为0.604，低于同情况下微观流体的出口转化率。但习题5.5是一级反应，所以混合态对出口转化率没有影响。