《化工反應(yīng)原理與設(shè)備》課后習(xí)題

《化工反響原理與設(shè)備》課后習(xí)題答案

模塊一根底學(xué)問(wèn)

硬度就是單位面積上所受的力。就維氏硬度來(lái)說(shuō)，“單位面積”就是指的壓痕大小，“力”就是載荷也

就是祛碼的重量，HVKHV10.HV30分別是1KG、10KG和30KG。載荷的選擇跟工件的材料、大小、

厚薄、硬化層深度有關(guān)。

同時(shí)，硬度的實(shí)質(zhì)是材料抵抗塑性變形的力氣。材料的這種性能是跟顯微組織有關(guān)的，是材料各

組成相機(jī)械性能的綜合表達(dá)。假設(shè)單位面積壓痕內(nèi)材料的組織愈均勻，則打出來(lái)的硬度愈能表達(dá)材

料本身的真實(shí)性能。所以，一般來(lái)說(shuō)，硬度測(cè)試都盡可能選擇大的載荷，以期能獲得最大的壓痕，

以代表最多的組織的綜合性能。

HV1的壓痕較小，硬度測(cè)試時(shí)對(duì)組織的敏感性較強(qiáng)。打外表硬度時(shí)壓痕內(nèi)殘奧占多數(shù)與馬氏體占多

數(shù)得到的硬度差異會(huì)很大，同樣道理打心部硬度時(shí)，也要考慮到鐵素體及貝氏體的影響。我的經(jīng)驗(yàn),

用HV1測(cè)試齒輪的外表硬度及心部硬度時(shí)，能否跟HV30或HRC、HRA直接換算，一般來(lái)說(shuō)，假設(shè)外表

殘奧一級(jí)，心部100%板條馬氏體的話，則外表硬度和心部硬度用HV1、HV10.HV30以及HRC、

HRA測(cè)試結(jié)果全都。

回到樓主的問(wèn)題，齒輪的外表硬度以及心部硬度測(cè)試，假設(shè)外表有效硬化層深度在0.4mm以上，

可以用洛氏硬度測(cè)試，HRC或HRA均可，然后依據(jù)《GB/T1172-1999黑色金屬硬度和強(qiáng)度換算值》

換算為HV30；心部硬度可以直接測(cè)試HRC,換算為心部強(qiáng)度（測(cè)試心部硬度的最終目的也就是為了

獲得心部強(qiáng)度）再換算為HV10（假設(shè)有必要的話）。

1維氏硬度試驗(yàn)從理論上假設(shè)材料均勻的話與載荷無(wú)關(guān)，也就是說(shuō)測(cè)出的硬度是一樣的。

2但實(shí)際生產(chǎn)中不是這樣，偏差很大，可以理解為：材料不均勻造成硬度不均勻；載荷越小，壓痕

越小，測(cè)量人為誤差越大。因此，盡可能承受大載荷減小測(cè)量誤差。

3留意載荷的選擇要考慮硬度值范圍，假設(shè)材料本身硬度低載荷選擇過(guò)大，會(huì)造成壓痕過(guò)大反而不

好測(cè)量

填空題

1.連續(xù)、半連續(xù)、間歇；2.微元時(shí)間，微元體積，濃度，溫度

3

3.0,0.15mol/(m-s)；4.-1,-2/3,0.4NAUn

5.C>C>C>C,C>CQCC》CQCQC；

AGASACAcAGASACAcAGASACAc

6.無(wú)窮大，0；7.越大，相等；

8.外表反響速率，內(nèi)集中速率；9.均相，非均相，動(dòng)力學(xué)特性；

10.極慢速反響；

推斷題

12345678910

XVXXXXXXXX

思考題

1.三種操作方式：間歇操作、連續(xù)操作、半連續(xù)操作。

間歇操作

間歇反響過(guò)程是一個(gè)非定態(tài)過(guò)程，反響器內(nèi)物系的組成隨時(shí)間而變，這是間歇過(guò)程的根本特征。間

歇反響器在反響過(guò)程中既沒(méi)有物料的輸入，也沒(méi)有物料的輸出，即不存在物料的流淌，整個(gè)反響過(guò)

程都是在恒容下進(jìn)展的。反響物系假設(shè)為氣體，則必布滿整個(gè)反響器空叵;假設(shè)為液體，雖不布滿整個(gè)

反響器空間，但由于壓力的變化而引起液體體積的轉(zhuǎn)變通?？梢詿o(wú)視，因此按恒容處理也足夠準(zhǔn)確。

連續(xù)操作

連續(xù)操作的反響器多屬于定常態(tài)操作過(guò)程，即反響器內(nèi)任何部位的物系參數(shù)，如濃度及反響溫度

等均不隨時(shí)間而轉(zhuǎn)變，只隨位置而變。大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的反響器絕大局部都是承受連續(xù)操作，由于

它具有產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，這些都是間歇操作無(wú)法與

之相比的。然而連續(xù)操作系統(tǒng)一旦建立，想要轉(zhuǎn)變產(chǎn)品品種是格外困難的，有時(shí)甚至要較大幅度地

轉(zhuǎn)變產(chǎn)品產(chǎn)量也不易辦到，但間歇操作系統(tǒng)則較為靈敏。

半連續(xù)(半間歇)式操作

半連續(xù)反響器的反響物系組成必定既隨時(shí)間而轉(zhuǎn)變，也隨反響器內(nèi)的位置而轉(zhuǎn)變。

2.反響器內(nèi)存在不同停留時(shí)間的流體粒子以及不同停留時(shí)間流體粒子之間的混合即返混。緣由：

⑴滯留區(qū)的存在⑵溝流和短路⑶循環(huán)流⑷流體流速分布不均勻⑸集中。

3.⑴沉淀法⑵浸漬法⑶混合法⑷熔融法⑸離子交換法。

4.抱負(fù)置換流淌模型：方差。2=0，=0;平均停留時(shí)間：；=T=V/v,r=1.抱負(fù)混

合流淌模型：平均停留時(shí)間f=T=V/v,e-=「M-Od。=1,方差02=一，

R。o'

o2=2e-oJO-1=1o

5.依據(jù)雙膜理論反響過(guò)程可描述如下：

⑴氣相中的反響組分A從氣相主體通過(guò)氣膜向氣液相界面集中，其分壓從氣相主體處P的降

AG

至界面處P。

Ai

⑵在相界面處組分A溶解并到達(dá)相平衡。聽從亨利定律。此時(shí)p=Hc，其中”是亨利

AiAAi4

系數(shù)，P是相界面出組分A的濃度。

Ai

⑶溶解的組分A從相界面通過(guò)液膜向液相主體集中。在集中的同時(shí)，與液相中的反響組分B發(fā)

生化學(xué)反響，生成產(chǎn)物。此過(guò)程是反響與集中同時(shí)進(jìn)展。

⑷反響生成的產(chǎn)物向其濃度下降的方向集中。產(chǎn)物假設(shè)為液相，則向液體內(nèi)部集中；產(chǎn)物假設(shè)

為氣相，則集中方向?yàn)椋阂合嘀黧w一液膜一相界面一氣膜一氣相主體。

6.七步：反響物外集中，內(nèi)集中，吸附，外表反響，脫附，產(chǎn)物內(nèi)集中，外集中。

7.抱負(fù)吸附認(rèn)為吸附活化能不隨掩蓋率的變化而變化，而真實(shí)吸附認(rèn)為吸附活化能隨掩蓋率的變

化而變化。

8.定量描述反響速率與影響反響速率因素之間的關(guān)系式稱為化學(xué)動(dòng)力學(xué)方程。宏觀動(dòng)力學(xué)與本征

動(dòng)力學(xué)的區(qū)分是，宏觀考慮了傳質(zhì)過(guò)程。

9.①外集中做把握步驟即內(nèi)集中過(guò)程的阻力很小，外表反響過(guò)程的速率很快。反響過(guò)程的速

率取決于外集中的速率。濃度變化為：C?C心C

AGASACAe

②內(nèi)集中做把握步驟即反響過(guò)程的傳質(zhì)阻力主要存在于催化劑的內(nèi)部孔道，外表反響過(guò)程的

速率和外集中的速率很快。濃度變化為：c?c

AGASACAe

③外表反響做把握步驟即傳質(zhì)過(guò)程的阻力可以無(wú)視，反響速率主要取決于外表反響過(guò)程。通

常稱為動(dòng)力學(xué)把握。濃度變化為：C/C心c?c

AGASACAc

10.轉(zhuǎn)化率X=—---.L

An

AO

收率_在系統(tǒng)系統(tǒng)中工成H的消耗的關(guān)代的關(guān)犍組分的量

參與系統(tǒng)入系統(tǒng)中的關(guān)的物質(zhì)物質(zhì)

產(chǎn)率S=在系統(tǒng)中生成目的產(chǎn)物消耗的關(guān)鍵組分的物質(zhì)的量

"參加反應(yīng)的關(guān)鍵組分的物質(zhì)的量

三率的關(guān)系為：Y=x-S

A

計(jì)算題

1.k=k?---'=2.654x1Ox-----------------------1.66x10-15molL1S-1Pa3

Pc(RT)3(8314x303)3

2.由于C=C，所以C=C，即(一「)=C2,則kt=1.XA,x=0.9

AOBOABAAC1-XA

AOA

A+o=Aa

3.反響機(jī)理：|Ao+BfCo+D(把蝸1)

Co=C+o

一dnndxndxCdx_.,1-x

4.———=-l-k=—————k———=———f-r———=1or————k——

V-dtVdtV(1+8xy)-dt(1+8xy)-dtA0(1+8xy)

0AAAOAAAOAAAO

dx

A=1.2x(l-x)=1.2X0.15=0.18

dtA

11

(-)—l__J—

孔容Vg=-L--L=-L--L=0.24,孔隙率g=L652.7

pp1.652.71r■

ps1.65

p

Ti5(lZM+1/M)o.5723L5(i/]5-1/32)<)s

6.D=0.436x---------77-B----=0.436x-------------------------7—=0.91cm2/s

ABp(V4+101.3x(22.44h+16.6'62

A------B

e3<p.—e-3He3x105-e-3x|°5

tan(3(p)=------------=---------------=1

e3>p、+e-a中，e3xiQ5+e-3*1.05

111.111_

n=-[-]=~~r-]=0.65

(ptan(3(p)3(p1.0513.15

R

4mm球形催化劑:<P=

$3

1

tan(3(p)=eS-「-eTm=097Tl=I(1_)=079

s

e3$,+e3x0：4.e-3x0.70.70.972.1

圓柱形催化劑：

V|k7i(0.3)2.0.6I10

(p=―J-tr-=------------------------J-----=1.05>T|=0.65

s

SVDe271-0.32+nx0.6x0.6V0.09

s

7.參考例題1-8

p0.64dG0.43x2023x100010000

c=1--?-=1--------0.28,R---------------------------------=236.99

BP0.89cmM(l-8)1.4x10-^X11-0.28)x3600

PcB

0.3<236.99<300,J2.10x236.99-0.51=0.129

PM101.3x24

P==5.93x10-4g/cm3

gRT8314x(220+273)

JGR0.129x2023x10001.4xIO-4

U-(____S_)2/3=,)-2/3=13.11cm/s

PPD3600x10000x5.93x105.93x10-4x0.267

gg

10-3

8.要消退內(nèi)集中,<0.3，則R<03x3-------=0.09cm

0.1

E0.52

9.d=4P=4x=5.6x109m>

pS1.06x350x10000

gg

+273

4850d=4850x5.6x10-7x=0.C069cm2/s

=0.0011cm2/s

(/+)x3

0.1550.0069

10.V=V(l+8Xy),1+8xy=2,x=/,

0AAAOAAAOA3

11

一級(jí)反響：-dA=kc-----------------------------------kC——-----,出*=k(l-x)，

Vdt人V(1+8xy)dtA0(1+8xy)dtA

0AAAOAAAO

_1_I1

ln()/1=In()x=0.137min

1-x1-2/38

模塊二釜式反響器

填空題

dQdQ

1.分子間碰撞，傳質(zhì)，傳熱；2.Q=Q，c>?

cRdTdT

3.7.8s,623.8s；4.操作線，動(dòng)力學(xué)線；

5.V=筑,物料的性質(zhì)，攪拌器類型；6.V(-r)(-AH),KA(T-Tw)；

(pRA

7.小于，各釜體積相等；8.裝料，卸料，清洗；

9.攪拌釜封頭，攪拌軸，填料密封，機(jī)械密封；

10.反響器本身對(duì)熱的擾動(dòng)有無(wú)自行恢復(fù)平衡的力氣，反響過(guò)程中各有關(guān)參數(shù)(流量、進(jìn)口溫度、

冷卻溫度等)發(fā)生微小變化時(shí)，反響器內(nèi)的溫度將會(huì)有多大的變化;

推斷題

12345678910

XXXXJXXXXJ

思考題

1.由于多釜串聯(lián)完成生產(chǎn)任務(wù)所需的反響器體積小于單釜狀況，所以多釜串聯(lián)釜式反響器的生產(chǎn)

力氣大于單釜釜式反響器。

2.作用：反響器內(nèi)的物料借助攪拌器的攪拌，到達(dá)物料的充分混合，增加物料分子碰撞，強(qiáng)化反

響器內(nèi)物料的傳質(zhì)傳熱。

選擇：工業(yè)上攪拌器的選型主要，衣?lián)黧w的流淌狀態(tài)、流體性質(zhì)、攪拌目的、攪拌容量及各種

攪拌器的性能特征來(lái)進(jìn)展。一般狀況下，流體的粘度對(duì)攪拌的影響較大，所以，可依據(jù)液體粘

度來(lái)選型。對(duì)于低粘度液體，應(yīng)選用小直徑、高轉(zhuǎn)速攪拌器，如旋漿式、渦輪式；對(duì)于高粘度

液體，應(yīng)選用大直徑、低轉(zhuǎn)速攪拌器，如錨式、框式和槳式。另外，攪拌目的和工藝過(guò)程對(duì)攪

拌的要求也是選型的關(guān)鍵。對(duì)于低粘度均相液體混合，要求大的循環(huán)流量，因此主要選擇各旋漿

式攪拌器。對(duì)于非均相液液分散寸程，要求液體渦流湍動(dòng)猛烈和較大的循環(huán)流量，應(yīng)優(yōu)先選擇

渦輪式攪拌器。對(duì)于固體懸浮操年，必需讓固體顆粒均勻懸浮于液體之中，當(dāng)固液密度差小，固

體顆粒不易沉降的固體懸浮，應(yīng)優(yōu)先選擇旋漿式攪拌器。當(dāng)固液密度差大，固體顆粒沉降速度

大時(shí)，應(yīng)選用開啟式渦輪攪拌器。對(duì)于結(jié)晶過(guò)程，往往需要把握晶體的外形和大小，需要有較

大的循環(huán)流量，所以應(yīng)選擇渦輪式攪拌器和槳式攪拌器。對(duì)于以傳熱為主的攪拌操作，把握因

素為總體循環(huán)流量和換熱面上的高速流淌。因此可選用渦輪式攪拌器。當(dāng)反響過(guò)程需要更大的

攪拌強(qiáng)度或需使被攪拌液體作上下翻騰運(yùn)動(dòng)時(shí)，可在反響器內(nèi)裝設(shè)擋板和導(dǎo)流筒。

3.做(-r)-x或(-r)-C圖，通過(guò)比較圖形面積來(lái)進(jìn)展生產(chǎn)力氣的比較:

AO

n-CSTR

（1）假設(shè)BR的關(guān)心時(shí)間為0,則三種反響器的生產(chǎn)力氣與上圖中的陰影面積成正比，即

BR>n-CSTR>CSTRo

（2）假設(shè)BR的關(guān)心時(shí)間不為0,n-CSTR>CSTR,但是不能定性確定BR的生產(chǎn)力氣大小，

其與關(guān)心時(shí)間有關(guān)。

4.反響釜的傳熱裝置主要有夾套式、蛇管式、外部循環(huán)式等。夾套式換熱一般適用于傳熱面積較

小且傳熱介質(zhì)壓力較低的狀況。當(dāng)工藝過(guò)程中需要的較大的傳熱面積，單靠夾套傳熱不能滿足

要求時(shí)，或者是反響器內(nèi)壁襯有橡膠、瓷磚等非金屬材料不宜使用夾套式換熱時(shí)，可承受蛇管、

插入套管、列管式換熱器等傳熱。對(duì)于大型反響釜，需高速傳熱時(shí)，可在釜內(nèi)安裝列管式換熱

器。除了承受夾套和蛇管等內(nèi)插傳熱構(gòu)件使反響物料在反響器內(nèi)進(jìn)展換熱之外，還可以承受各

種型式的換熱器使反響物料在反響器外進(jìn)展換熱，馬上反響器內(nèi)的物料移出反響器經(jīng)過(guò)外部換

熱器換熱后再循環(huán)回反響器中。另外當(dāng)反響在沸騰溫度下進(jìn)展且反響熱效應(yīng)很大時(shí)，可以承受

回流冷凝法進(jìn)展換熱，即使反響器內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽通過(guò)外部的冷凝器加以冷凝，冷凝液返回反響

器中。承受這種方法進(jìn)展傳熱，由于蒸汽在冷凝器以冷凝的方式散熱，可以得到很高的給熱系

數(shù)。有時(shí)假設(shè)進(jìn)展反響釜小試時(shí)：還可以承受電加熱的方式。

5.同時(shí)滿足Q=Q和色乙?>旦?的點(diǎn)，即為熱穩(wěn)定點(diǎn)。

cRdTdT

6.主要把握溫度和壓力。在操作過(guò)程中，溫度應(yīng)當(dāng)最難把握，溫度把握方案主要有以下三種：通

過(guò)夾套冷卻水換熱；組成反響釜?dú)庀嗤庋h(huán)系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)整循環(huán)氣的溫度，調(diào)整易冷凝氣體回

流入釜的量來(lái)把握反響釜的溫度；通過(guò)釜外料液循環(huán)系統(tǒng)，調(diào)整料液循環(huán)溫度從而把握反響釜

的溫度。另外反響釜的壓力把握也很重要。反響釜壓力的變化主要是由于反響過(guò)程中物料的蒸

汽分壓的變化造成的，因此釜壓的把握也可以通過(guò)把握溫度來(lái)調(diào)整。但當(dāng)反響釜壓力過(guò)高時(shí)則

需要選擇通過(guò)放空來(lái)降低反響釜的壓力。

7.解析法：列出公式1^=2卜或丁=工1,再將式

RRii

（x—X）（X—X）

V=FA..-D-cV—Al——以1口一帶入，然后對(duì)該式求導(dǎo)使其等于0,即可

RiAO（一「）AOo（一r）

AiAi

得到最優(yōu)條件下的相應(yīng)變量。

圖解法：處理量V。、初始濃度C和最終轉(zhuǎn)化率X,要求確定串聯(lián)連續(xù)操作釜式反響器

AOAN

的釜數(shù)和各釜的有效體積，也可以在繪有動(dòng)力學(xué)曲線的(一r)~C圖上進(jìn)展試算。假設(shè)各釜的有

AA

效體積一樣時(shí)，依據(jù)操作線方程，假設(shè)不同的V,就可以在C和C之間做出多組具有不同

RiAAN

斜率、不同段數(shù)的平行直線，表示著釜數(shù)N和各釜有效體積V值的不同組合關(guān)系。通過(guò)技術(shù)

Ri

經(jīng)濟(jì)比較，確定其中一組為所求的解。

8.N個(gè)連續(xù)串聯(lián)操作釜數(shù)反響器進(jìn)展一級(jí)不行逆反響，各釜的溫度一樣，則體積為：

yVX-XX-X

V=2-V=-l(一———+—.f——+

R對(duì)k1-x1-x

AlAl

上式對(duì)轉(zhuǎn)化率求偏導(dǎo)數(shù)得：

(i=l:2?,N-1)

假設(shè)使反響體積最小，則av/dx=o

RM

AiX(i+l)Ai

V(x-X)V(X-X)

化簡(jiǎn)可得:0AiA(i-l)=0A(i+1)Ai

k(1-x)-k(1-x)

AiA(i+I)

9.在反響初期由于反響物的初始濃度較大，反響速率比較快,所選用的換熱介質(zhì)的溫度較高。但

隨著反響的進(jìn)展，反響物濃度c,漸漸下降，反響速率也漸漸卜.降，要求換熱介質(zhì)的溫度較低，

但換熱介質(zhì)的最低溫度是有限制的，不能無(wú)限制地降低。因此就要求承受不同的換熱面積來(lái)適

應(yīng)。尤其對(duì)于等溫反響，必需依據(jù)反響的進(jìn)展隨時(shí)調(diào)整換熱方案。例如某吸熱反響裝置的換熱

方案如下：在反響器內(nèi)設(shè)置兩組加熱盤管，其中一組盤管的傳熱面積為6.65cm2,另一組盤管的

傳熱面積為3.59cm2,可用加熱蒸氣的溫度為110℃?180C。在反響開頭時(shí)承受180c的蒸汽，

兩組傳熱面均使用以確保反響初期的供熱速率。隨反響的進(jìn)展，蒸汽溫度同步下降，到某一反

應(yīng)時(shí)刻時(shí)，蒸氣溫度已降至11OC。此時(shí)停一組加熱盤管，同時(shí)調(diào)整蒸汽溫度為158℃。然后隨

著反響的進(jìn)展，再同步下降換熱蒸汽的溫度，當(dāng)反響完成時(shí)，蒸氣溫度降至110℃。

10.BR：反響器內(nèi)溫度處處一樣，時(shí)時(shí)不同，隨反響時(shí)間發(fā)生變化。

CSTR：反響器內(nèi)溫度處處一樣，時(shí)時(shí)一樣。

n-CSTR：各反響器內(nèi)溫度處處一樣，各釜溫度不同。

計(jì)算題

1(11、1(In

1.T=-I------------------I-----------xI-------------1=9900s

,kICC)I0.0110.011)

'AAO/

T=-?I-----------1------x|--------|=998O;

1kICC)10.01V0.015)

、AAO7

1(1111(1

T=I-I=x|-I=9990s

'kICC>0.01<0.0110J

'AAOZ

爭(zhēng)論：對(duì)于二級(jí)反響，當(dāng)最終濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于初始濃度時(shí)，初始濃度的轉(zhuǎn)變對(duì)反響時(shí)間的影響不

明顯。

2.由題意知；V=V----------6V-V----------,其中x=05，則x=0.857。

00

Rk(1-x)Rk(1-x)…A2

A1A2

3.略

4.依據(jù)題意V=V一----V=V2”二L一,x=0.9，則x=68.38%。每個(gè)

RI。k(l-X)R2。k(l-X)AfAl

AlAf

反響滯體積為：V=V__Li__=-----2空?--------=0268m3。

R,0k(l-x)24x600.0806x(1-0.6838)

Al

5.略

6.由題意知(-r)=kC-kC=kC(1-x)-kCx

「Xx

則V=V---------fle---------=V--------1---------2.14m5

Rl0kC(1-x)-kCx°k(1-x)-kx

IAOA2AOA1A2A

7.由題意知：T=--------------Ef----------------------R-----

kC(1-x)4-kC2(1-x)2kC(1-x)

IAOA2AOAIA0A

R的收率、得率：Y=￡L=--------------------------=60.8%

ck(1-X)+kC(1-x)2

A0IA2AOA

R的選擇性：S=_-=Y^J=67.6%

x■09

A

V—

8.⑴每一個(gè)釜的平均停留時(shí)間：t=一~=20,則tN=t=20N

iVi

6=02/；；=(kt2E(t)dtT；)/t；=烈二"匕”=」.，所以模型參數(shù)N=l.

0

3400N2N

V

.J=—一1一—

⑵得XA=75%

Vk(l-x)

0

9.(1)V=V--——=2x———=0.6m3

R0k(l-x)10x0.25

A

11

(2)V=V[-in(-----)+t")=1.8m

Rok1-x

(3)V=V--IJ__=2X——--=0.2m3,V=v----=0.2m3

R,0k(l-x)10x0.5R20k(l-x)

AlAl

(4)由題(3)可知，等體積的反響器體積為0.2m3。

模塊三管式反響器

填空題

1.t=l/s,2.有效體積，大;

V

3.T,C；4.不同；

A

5.動(dòng)力學(xué)，反響器，生產(chǎn)力氣，選擇性；

推斷題

12345

XJXXX

思考題

1.反響器內(nèi)各點(diǎn)濃度不隨時(shí)間發(fā)生變化，沿流淌方向發(fā)生變化。

2.當(dāng)反響級(jí)數(shù)n>0時(shí)，三者的生產(chǎn)力氣大小挨次：PFR>n-CSTR>CSTR；反響級(jí)數(shù)n<0時(shí)三者大

小挨次：CSTR>n-CSTR>PFR。

3.以提高選擇性為目的，通過(guò)比較主副反響的級(jí)數(shù)來(lái)確定所需反響器型式及操作方式。

4.管式反響器的熱量衡算式FMCdT=F小(-△〃)-T)與物料衡算式

'〃A0ArA.7D3

(~r)dV=Fclx聯(lián)立，便可得到非等溫、非絕熱狀況時(shí)所對(duì)應(yīng)得反響器體積。

ARAOA

5.在等溫等容過(guò)程中，一樣產(chǎn)量、一樣轉(zhuǎn)化率、一樣初始濃度和溫度下，所需抱負(fù)管式流淌反響

器體積(V)P和抱負(fù)連續(xù)釜式反響器有效體積(V)S之比稱為容積效率n，即n=二￡￡。反響

RR(V)

RS

級(jí)數(shù)愈高，容積效率愈低,轉(zhuǎn)化率愈高，容積效率愈低.串聯(lián)釜數(shù)N增大，rj也增大，但增大

的速度漸漸緩慢，因此通常取串聯(lián)的釜數(shù)為4或者小于4。

計(jì)算題

1.PFR中進(jìn)展的等溫變?nèi)莘错?，y=1,5=1。

八』的*—?30x8.314x(185+273)

2.由題意知：y=0.5?6=2>V=FRT/P=————一一一一一一一,=0.079m3/s,

A。A0o3600X400

V1AA7Q

V=-J(-x+21n---------.)=---X(-0.8+2xIn一一)=9.6m3

RkA1-x0.020.2

A

3.由于C八二(二八，并且是等摩爾反響，所以(-r)=kC2o

A°BOAA

X=50%

A

小x0.5

(2)V=VA=0.5x=2L

2

R"kC(1-xM0.5(1-0.5)

x

(3)V=0.5x------A-----=2，x=38.2%

R0.5x(l-x)2人

A

4.由題意知(-r)=1+2C+C2=(]+c)2

AAAA

fdC11I

(1)T=CJfx「dYL_=-JCc"----rx=_x(--------一.)=0.25,

A00(-r)c(l+c)221+0.21+2

AuA。AA

_c-C2-0.2_

\2/T—e——k=—-1.25

(1+C)21.22

Af

C-CC-C2-11-0.2

(3)假設(shè)兩個(gè)CSTR串聯(lián)：T-E---k+-rt---e=-----+------=0.81

=(1+C)2(1+C)2221.22

AlAf

假設(shè)PFR與CSTR串聯(lián)：T=Su-=-x(----------)+1/^3._Q

c(1+C)2(1+C)221+11+21.22

A°AAf

2

假設(shè)CSTR與PFR串聯(lián)：T。八。-CAI-DCA=-'+1>：(-)=0.42

(1+C)2C(l+c)22221+0.21+1

Al*'A

r11

各種狀況下，產(chǎn)物中P的選擇性均為：S=一匚?=---------=---=0.69

P-r(1+C戶1.22

AAf

5.依據(jù)反響速率常數(shù)的單位，確定咳反響為2級(jí)，且6=1,y=Io

AAO

空時(shí)：

(1+x)2dx

xM(1+8xy)2dx

——LMO————L———

(>kC(1—x)2kC(1-xM

AOAAOA

14

4In0.65-3.65]=155.31$

kC0.65

AO

平均停留時(shí)間:

7=fvidL.,又由于(-r)dV=Fdx,所以

T=『R%.=］。*_______JAO_________dx=「35__(In0.65-2)

A

oV-o(-r)V(1+8xy)AokC(1-x)2kC0.65

AOAAAOAOAAO

結(jié)合空時(shí)和平均停留時(shí)間的表達(dá)式可求得平均停留時(shí)間J=128.53s

模塊四固定床反響器

填空題

1.空時(shí)，空速，空時(shí)收率；

2.反響過(guò)程中各有關(guān)參數(shù)（流量、進(jìn)口溫度、冷卻溫度等）發(fā)生微小變化時(shí)，反響器內(nèi)的溫度將

會(huì)有多大的變化：

3.顆粒內(nèi)傳熱，顆粒與流體間的傳熱；

4.器壁對(duì)空隙率分布的影響以及由此造成的對(duì)流體流淌、傳熱、傳質(zhì)的影響；

5.催化劑大小要均一，充填時(shí)留意架持各個(gè)部位密度均勻，保證催化劑床層各個(gè)部位阻力一樣；

消退化流初始動(dòng)能，使氣流均勻流入反響器床：

推斷題

12345678

-JXX-J

思考題

1.流體通過(guò)由不動(dòng)的固體催化劑構(gòu)成的床層進(jìn)展化學(xué)反響的設(shè)備稱為固定床反響器。固定床反響

器的優(yōu)點(diǎn)：催化劑不易磨損，可長(zhǎng)期使用，床層內(nèi)流體的流淌接近于平推流，與返混式的反響

器相比，它的反響速率較快，可用較少量的催化劑和較小的容積的反響器獲得較大的生產(chǎn)力氣。

此外，由于停留時(shí)間可以把握，溫度分布可以適當(dāng)調(diào)整，有利于到達(dá)高的轉(zhuǎn)化率和高的選擇性；

缺點(diǎn)：傳熱較差，催化劑更換時(shí)必需停頓生產(chǎn)。

2.分為：①絕熱式固定床單段絕熱式反響器構(gòu)造簡(jiǎn)潔，造價(jià)廉價(jià)，反響器體積利用率較高。多段

絕熱式反響器是在段間進(jìn)展反響物料的換熱，以調(diào)整整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的反響溫度；②列管式固定

床通常是在管內(nèi)充填催化劑，管間通熱載體，氣體原料自上而下通過(guò)催化劑床層進(jìn)展反響，反

響熱通過(guò)管壁與管外的熱載體進(jìn)展熱交換；③自熱式固定床設(shè)備更緊湊與高效、熱量利用

率高、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)把握；④徑向固定床氣體流程縮短，流道截面積增大，雖使用較細(xì)顆粒催

化劑而壓降卻不大，因此節(jié)約了動(dòng)力，但在此類反響器中，氣體分布的均勻性卻是很重要的；

3.①單段絕熱式適用于反響熱效應(yīng)較小、反響溫度允許波動(dòng)范圍較寬、單程轉(zhuǎn)化率較低的反響過(guò)

程，對(duì)于熱效應(yīng)較大的反響只要反響溫度不很敏感或是反響速度格外快時(shí)，有時(shí)也使用這種類

型的反響器。②當(dāng)反響的的熱效應(yīng)較大，反響速度又較慢時(shí)，其絕熱升溫必將使反響器內(nèi)溫度

的變化超出允許范圍，在這種狀況下，應(yīng)承受多段絕熱式反響器。③列管式固定床既適用于放

熱反響，也適用于吸熱反響，特別適用于以中間產(chǎn)物為目的產(chǎn)物的強(qiáng)放熱復(fù)合反響。④自熱式

固定床通常只適用于熱效應(yīng)不大的放熱反響以及高壓反響過(guò)程，如合成氨和甲醇的生產(chǎn)過(guò)程。

⑤徑向固定床適用于反響速度與催化劑外表積成正比的反響。

4.床層空隙率的影響因素包括：顆粒大小、外形、充填方式、外表粗糙度、粒徑分布等。

5.催化劑的有效系數(shù)是指催化劑孔內(nèi)平均反響速度與孔道外外表的溫度與濃度為基準(zhǔn)的反響速度

之比。它反映了催化劑內(nèi)外表的利用率大小的系數(shù)。

當(dāng)n時(shí)，外表內(nèi)集中不存在，反響過(guò)程屬動(dòng)力學(xué)把握；

當(dāng)n<?時(shí)，內(nèi)集中的影響明顯，反響過(guò)程屬內(nèi)集中把握。

6.具有相當(dāng)大動(dòng)能的局部原物會(huì)直段沖入床層，造成了氣體分布的不均勻性，即不同停留時(shí)間的

物料混合，引起了返混，最終影響到反響結(jié)果?？赏ㄟ^(guò)在反響器的氣流入口處設(shè)附加導(dǎo)流裝置，

如裝設(shè)分布頭、集中錐或填入環(huán)形、柵板形、球形等惰性填料，或增設(shè)環(huán)形進(jìn)料管或多II螺旋

形進(jìn)料裝置等，另外，還可承受適當(dāng)?shù)牧飨?，利用自然?duì)流來(lái)調(diào)整各處氣流運(yùn)動(dòng)的推動(dòng)力或采

用轉(zhuǎn)變管排列形式的方法，使氣流分布更合理。

7.(1)空間速度指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位體積催化劑的原料標(biāo)準(zhǔn)體積流量，它是衡量固定床反響器

生產(chǎn)力氣的一個(gè)重要指標(biāo)；(2)空間時(shí)間是指在規(guī)定的反響條件下，氣體反響物通過(guò)催化劑床層

中自由空間所需要的時(shí)間，表示同體積的催化劑在一樣時(shí)間內(nèi)處理的原料越多；(3)空時(shí)收率

指反響物通過(guò)催化劑床層時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)單位質(zhì)量(或體積)催化劑所獲得的目的產(chǎn)物量，它

是反映催化劑選擇性和生產(chǎn)力氣的一個(gè)重要指標(biāo)。

8.以換熱式固定床反響器中進(jìn)展放熱反響為例，床層溫度分布的主要特征：①在床層中心處即r=0,

溫度T達(dá)最高；②在近壁處即rWR,T很低；③在管壁處即r=R,T最低。由于床層壁面處

0RW

存在“壁效應(yīng)”，較大的空隙率增加了邊界層氣膜的傳熱阻力，所以近壁處的溫度TR與管壁溫度

T相差也大，如何把握徑向溫度分布？

W

計(jì)算題

1.d=1.241Vi/3=1.241x[(兀0.0082-n0.0052)x0.01]i/3=8.4mm

VP44

11

_:,/2

da=0.564x[2x(—兀82—n5)+80n+50K]-%.2mm

44

11

d=6V/A=6X[-TC(82—52)xl0]/[2x一nx(82-52)+80兀+50兀]=3.9mm

sPP44

<p=d/d=0.46

ssv

2.s=1-p/p=1-828/1300=0.36

BP

3.d=1/=1.98mm

Pd

i-li

1

4.(1)V=uA=0.2x一兀x(0.025-0.005)2=0.136ma/h

00R4

(2)FPV/RT=101325K0.1364-8.3144-413=4mol/h

⑶W=4x0.46X26+4X0.54x36.5=0.126kg/h

(4)V=-7t(0.025-0.005Mx0.25=7.8x10-m3

R4

Sv=V/V=V(273.154-4I3)/7.8X10=1153h->=0.32s-'

ONK0

T=V￡/V=7.8x10-5x0.454-0.136=2.58x10=0.93s

R0

5.改正：題目中氣體的質(zhì)量流速為18.25kg/m2-s

dCJ

R