15
习题1.1
第一章习题答案
一个75kg的人大约每天消耗6000kJ热量的食物,假设食物 为葡萄糖,其反应方程式为:
C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O -ΔH=2816kJ如果人吸入的空 气中含CO20.04%、O2 20.96%，呼出的气体中CO2含量上 升到4.1%、O2含量降低到16.1%，请问人每千克体重代 谢所消耗的空气的速率。
➢ 循环操作的平推流反应器 ➢ 反应器特性特性分析---推动力
化学反应推动力------体系组成与平衡组成的差 化学反应的化学势
3
复习
返混对反应器体积的影响（反应级数n>0)
xA dxA
0 rA
xA rA
V
v0cA0
xA 0
dxA rA
V
v0cA0
xA rA
返混对反应器体积的影响（反应级数n<0)
该反应为一级不可逆反应,反应速率常数与温度的关系为:
k 1.391014 exp( 37700) RgT
c c α1α 2 bβ1> β2, A、B维持高 水平
α1> α2，β1< β2, A浓度高水平、 B在低浓度水平 1）半间歇反应器， 2）平推流，A可以轴向进料， B侧向连续进料 3）多级串联全混流反应器
8
流动模型与反应选择性
总选择性定量分析最终产品分别：
s
1 xA
• x=0.201 y=103.96 • 反应需O2: 6000/2816/0.201×6=63.6 (mol) • 空气消耗速率: 63.6/0.2096/75=4.05 mol/kg • 4.05×22.4/24/60=0.063 L/min·kg
17
答案
• 如果该题目改为:人对反应的水份不产生影响.且 不给出CO2的出口浓度,则:
2k1)
流动模型与反应选择性
cB cC
cB cC
反应速率常数的相对大小对反应的选择性起决定性作用
12
流动模型与反应选择性
cC cB
13
流动模型与反应选择性
全混流反应器
FA0 FA rAV
FB rBV
FC rCV
τ (cA0 CA) / k1cA cB /(k1cA k 2cB) cC / k 2cB
第二章 反应器内的流体流动与混合 Chapter 2 Fluid Flow & Mixture in Reactor
几种理想反应器 不同反应器及反应器的组合 停留时间对转化率选择性的影响 停留时间分布测定 停留时间分布与流动模型
1
作业 Assignment
新版教材：
2.9 2.10 2.11
2
复习
6
流动模型与反应选择性
根据瞬时选择性定义，
s
rD rA
1 (kU
1
/
k
D
)c
α2 A
α1
两组分参与的平行反应：
A B k1 D (目的产物）
A B k2 U (副产物） 速率方程为：
rD
k1c
α1 A
c β1 B
rU
k2
c
α2 A
c β2 B
7
流动模型与反应选择性
sDU
rD rU
kD kU
20.96(1 x)
100% 16.1%
20.96(1 x) 79 0.04 20.96x 20.96x
• 重要知识点:
关键组分的转化率
xA
nA,0 nA n A,0
18
习题2.2
在210℃等温条件下,进行亚硝酸乙酯的气相分解反应 C2H5ONO NO 0.5CH3CHO 0.5C2H5OH
平推流反应器
dFA = rAdV dFB = rBdV dFC = rcdV 过程恒容，Fi = v0ci , dV = v0dτ - dcA / dτ = k1cA dcB / dτ = k1cA - k2cB dcc / dτ = k2cB
10
流动模型与反应选择性
反应物A的浓度变化：
cA cA0 exp(k1τ) 产物B的生成浓度为一阶微分方程：
16
答案
• C6H12O6+6O2+inert=6CO2+6H2O+inert
• mol
20.96 79 0.04 0 79 t=0
• mol 20.96(1-x) 79 0.04+20.96x 20.96x 79 t=t • 则反应后总摩尔数为y,则有
• 20.96 (1-x)/y=16.1% • (0.04+20.96x)/y=4.1%
cB
(1
k1τcA0 k1τ )(1
k2τ)
最大需要的反应停留时间
τopt，直接令dcB / dτ 0,
τopt (k1k2 )1/ 2
14
流动模型与反应选择性
反应速率常数的相对大小对反应的选择性起决定性的作用。 同样转化率下，平推流反应器对于目标产物的选择性高。 k1/k2较大时，反应转化率可适当高些；k1/k2较小时，尽 量降低反应器内的反应转化率
理想反应器的组合 例题2.1，习题2.7
4
流动模型与反应选择性
➢ 流体在反应器内的流动状况不仅影响反应器的大小，而且
影响对目的产物的选择性。选择性是优化考虑的主要因素。
➢ 不同的返混状况对反应选择性的影响
收率
Y
生成产物所消耗的关键组分A的物质的量 进入反应器的关键组分A的物质的量
选择性
S
生成产物所消耗的关键组分A的物质的量 已消耗关键组分A的总物质的量
5
流动模型与反应选择性
平行反应
A kD D (目的产物） A ku U (副产物）
相应的速率方程为： rD kDcAα1 rU kU cAα2
α1, α2均大于0，D和U相对选择系数sDU
sDU
rD rU
kD kU
c α1α 2 A
α1> α2 浓度增加, sDU增大，平推流或间歇反应器 α1< α2 全混流反应器
xA
sdxA
0
1 xA
s xA DU
0 1 sDU
dxA
平行反应中，若反应中的浓度级数不同，可通过控 制反应的浓度来改变反应物的分布。
反应物浓度高有利于级数高的反应，浓度低有利于级 数低的低的反应
9
流动模型与反应选择性
串联反应 (重点）
A k1 B(目的产物）k2 C
反应时间对串联反应选择性有重要影响，返混影响选择性
dcB / dτ k2cB cA0 exp(k1τ)
初始条件：τ 0，cB 0
cB
k1 k2 k1
cA0 (ek1τ
ek2τ )
目的产物的出口浓度最大需要的反应时间
τopt，直接令dcB / dτ 0,
τ opt
1 k1 k2
ln
k1 k2
11
cB,opt
cA0
(
k1 k2
)k
2 /( k