化学反应工程大题 (4)

19、在习题一的反应器中进行A→D反应，已知cA0=25mol·m-3，动力学方程为?rA=0.05cA mol·m-3min-1，请分别用：

(1)凝集流模型； (2)多级混合槽模型； (3)平推流模型； (4)全混流模型。

计算出口物料中A组分的转化率。 （1）凝集流模型

??c?t/mi

c/kg·m-∑

F(t)

??exp??kt???c??n 3

c

0 0 0 0 0

10 3 3 0.125 0.1189 0.07582 20 6 9 0.375 0.2262 0.09197 30 5 14 0.5830.1793 0.04649 3 40 4 18 0.75 0.1365 0.02256 50 3 21 0.875 0.0974 0.01026 60 2 23 0.9580.0617 0.00415 3 70 1 24 1.0 0.0294 0.00126

80 0 24 1.0 0 ∑

24

0.2525

x?c?A?1????exp??kt??0.7475 ??c??

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(2)多级混合槽模型：

?θ21??2?0.245??N2θN?4.081?0.005?33.33??1??4.08??4.08xA?1?1?k???1??N??N?1??0.7556

(3)PFR模型：

??VR?33.33minV0xA0??cA0??20?xA0dxA1xAdxA??rA0.05?01?xA

dxA1?20ln?33.331?xA1?xAxA?0.8111(4)CSTR模型：

????VR?33.33minV0cA0?cAcA0xA20xA???33.33 ?rAf0.05cA0?1?xA??1?xA?xA?0.625020、用习题5的条件，采用轴向扩散模型，计算其Pe值与出口物料中A组分的转化率。

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??t??1满足闭?闭式边界条件?2??2t2?1?expθt2?0.245?Pe??1???Pe??Pe??试差得Pe?6.993??1?4k?4?Pe?1?0.05?33.336.993?1.39764?exp??Pe??x?2?A?1??1???2exp???Pe??2?2???Pe????1???exp??2??4?1.3976exp??6.993??1??2???1?1.3976?2exp??1.3976?6.993??2????1?1.3976?2exp???1.3976?6.993??2???1?0.2422?0.757821、气相反应A+B=R的动力学方程为(?rA)=k(pApB?pR/KP)，式中

k?3.5?10?8exp???2620??T??mol?m?3s?1Pa?2K12?3560?P?7.0?10?exp??T??Pa?1

请确定最佳反应温度与转化率之间的关系

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?r?A?k??p?pR??ApBK?p??????k??ppR?????r??ApB?A???K?p?????T??T????????3.5?10-8exp???2620???p???R????T???pApB??7.0?10?12exp??3560???????T????????T?3.5?10-8exp??2620???T??2620??pApB??T2???3.5?10-87.0?10?12p??3560?2620??3560?2620?Rexp????T????T2????rA?T?02620p3560?2620??3560?ApB?7.0?10?12pRexp??T???3560?2620?7.0?10?12?ln?p?T?ApB?3560?2620???pR??T3560op???3560ln???2620?7.0?10?12pApB???3560?2620?p?ln??R????3.37?1011pR?p?ApB??设初始时pA0?pB0，pR0?0?A??0.5ppA0?1?xA?pA0?1?xA?xAA??1??ppA0AxA?pB??1??R?AxA??1??AxA?T?35603560op??ln??2620?7.0?10?12pA0?1?xA?2??ln??111?0.5xA?????3560?2620?xA?1?0.5xA????3.37?10xA???p?1?x2A0A???校核：设pA0?0.05MPa，xA?0.5代入T?221K比较合理。设pA0?0.05MPa，xA?0.75代入T?201K比较合理。18