反应工程(第三版)第五章答案停留时间分布与反应器.pdf
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1、优秀学习资料欢迎下载5 停留时间分布与反应器5.1 设 F()及 E()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，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)0()Ed(f)0()Ed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-
2、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（2）（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（3）（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)1E(0)0(e)0()Ed=1 (f)0()Ed=5.2 用阶跃法测定一闭
3、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：0222313()tc tttt试求：（1）（1）该反应器的停留时间分布函数F()及分布密度函数E()。（2）（2）数学期望及方差2。-第 1 页，共 8 页精品p d f 资料 可编辑资料-优秀学习资料欢迎下载（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()=F(t)=C(t)/C()，所以：02
4、0 82230 81 2131 2,.()(),.,.tFF tttt如下图所示：由（5.20）式可得平均停留时间：1100022 5()()()().minttE t dttdF tF tdF t即为上图中阴影面积。由（5.5）式得：0212303()()tdF tE ttdtt所以：00 82 50 81 201 2.()().EtE t如右图所示：（2）由于是闭式系统，故/rtVQ，所以1由式（5.23）可得方差：1 2222200 82 510 01333.().Edd（3）由（5.20）式可得模型参数N为：211 0 0133375/.N（4）（4）由于返混很小，故可用22/Pe，所
5、以：222 0 01333 150/.Pe（5）用多釜串联模型来模拟，前已求得 N=75，应用式（3.50）即可计算转化率：751 2 51 1 11 1 10 914575./()/().NAXkN同理，亦可用扩散模型即（5.69）式得 XA=0.9146。两种方法计算结果相当吻合。5.3 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：t,s 0 15 25 35 45 55 65 75 90 100-第 2 页，共 8 页精品p d f 资料 可编辑资料-文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU
6、10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1
7、L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8
8、HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M
9、4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9
10、ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U
11、3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文
12、档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4优秀学习资料欢迎下载C(t),g/cm30 0.5 1.0 2.0 4.0 5.5 6.5 7.0 7.7 7.7（1）（1）试求该反应器的停留时间分布及平均停留时间。（2）若在该反应器内的物料为微观流体，且进行一级不可逆反应，反应速率常数 k=0.05s-1,预计
13、反应器出口处的转化率。（3）若反应器内的物料为宏观流体，其它条件均不变，试问反应器出口处的转化率又是多少？解：（1）由式（5.17）计算出反应器的停留时间分布，即：F(t)=C(t)/C()=C(t)/7.7 所得数据见下表所示：t,s 0 15 25 35 45 55 65 75 95 100 F(t)0 0.0649 0.1299 0.2597 0.5195 0.7143 0.8442 0.9091 1.00 1.00 将上述数据作图即为反应器停留时间分布。根据101()ttdF tt由右图可知，可用试差法得到t，使两块阴影面积相等。由图试差得46ts。（2）因进行的是一级反应，故可采用离
14、析流模型预计反应器出口转化率。由式（3.12）可得间歇反应器中进行一级不可逆反应时转化率与反应时间的关系：110 05exp(exp(.)AXktt）代入离析流模型可得反应器出口处平均转化率：1100010 05()()exp(.)()AAAXX E t dtX dF ttdF t（A）采用图解积分法对（A）式进行积分，其中不同时间t 下的 F(t)如上表所示，10 05exp(.)t的值列于下表中：t 0 15 25 35 45 55 65 75 95 100 1-e-0.05t 0 0.5276 0.7135 0.8262 0.8946 0.9361 0.9612 0.9765 0.991
15、3 0.9933 以 F(t)(1-e-0.05t)作图，计算积分面积得：84 5.%AX（3）（3）由于是一级反应，所以混合态对反应速率无影响，故反应器出口转化率#与微观流体时相同，即84 5.%AAXX。5.4 为了测定一闭式流动反应器的停留时间分布，采用脉冲示踪法，测得反应器出口物料中示踪剂浓度如下：t,min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 C(t),g/l 0 0 3 5 6 6 4.5 3 2 1 0 试计算：（1）（1）反应物料在该反应器中的平均停留时间t和方差2。（2）（2）停留时间小于 4.0min 的物料所占的分率。解：（1）根据题给数据用（5.13）式即可求
16、出E(t)，其中 m可由（5.14）-第 3 页，共 8 页精品p d f 资料 可编辑资料-文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文
17、档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU
18、10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1
19、L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8
20、HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M
21、4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9
22、ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4优秀学习资料欢迎下载式求得。本题可用差分法。35664 532135664
23、 5321130530 530 5()(.)(.).()()()().mQC ttQ tQQQC tQC tC tE tmQ然后按照（5.20）和（5.21）式算出平均停留时间和方差。此处用差分法，即：()()tE tttE tt（A）222()tt E ttt(B)为了计算t和2，将不同时间下的几个函数值列与下表中：t min C(t)g/l E(t)min-1 E(t)t tE(t)t min t2E(t)t min2 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 2 3 0.09836 0.09836 0.1967 0.3934 3 5 0.1639 0.1639 0.4917 1.4
24、75 4 6 0.1967 0.1967 0.7968 3.147 5 6 0.1967 0.1967 0.9835 4.918 6 4.5 0.1475 0.1475 0.8850 5.310 7 3 0.09836 0.09836 0.6885 4.8195 8 2 0.06557 0.06557 0.5246 4.197 9 1 0.03279 0.03279 0.2951 2.656 10 0 0 0 0 0 0.99988 4.852 26.92 将上述数据代入（A）和（B）式得平均停留时间和方差：2222224 852 0 999884 85326 924 8533 3723 37
25、2 4 8530 1432./.min.min/./.tttt（2）以 E(t)t 作图（略），用图解积分法的：4004 00 362.(.)().FE t dt所以，停留时间小于4.0min 的物料占的分率为36.2%。5.5已 知 一 等 温 闭 式 液 相 反 应 器 的 停 留 时 间 分 布 密 度 函 数E(t)=16texp(-4t),min-1，试求：（1）（1）平均停留时间;（2）（2）空时；-第 4 页，共 8 页精品p d f 资料 可编辑资料-文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9E5M4X7H9 ZZ7V9U3B6S4文档编码:CU10Q4T1L10F8 HK9
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