化學(xué)反應(yīng)工程教程6--資料下載頁(yè)
2025-08-01 16:48本頁(yè)面
【正文】 111dxxkcxkcxcVV x???? ?? ?33R 1 ??????? ?V3R ?V變?nèi)莘磻?yīng)過(guò)程 ? 理想置換反應(yīng)器是一種連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器，可以用于液相反應(yīng)，也可以用于氣相反應(yīng)。用于氣相反應(yīng)時(shí)，有些反應(yīng)，反應(yīng)前后摩爾數(shù)不同，在系統(tǒng)壓力不變的情況下，反應(yīng)會(huì)引起系統(tǒng)物流體積發(fā)生變化。物流體積的改變必然帶來(lái)反應(yīng)物濃度的變化，從而引起反應(yīng)速率的變化。 膨脹因子和膨脹率 ? 為了表征由于反應(yīng)物系體積變化給反應(yīng)速率帶來(lái)的影響，引入兩個(gè)參數(shù)，膨脹因子和膨脹率。 膨脹因子 ? 反應(yīng)式 ? 計(jì)量方程 ? 定義膨脹因子 ? 即關(guān)鍵組份 A的膨脹因子等于反應(yīng)計(jì)量系數(shù)的代數(shù)和除以 A組分計(jì)量系數(shù)的相反數(shù) 。 SRBA srba ?? ???0SRBAI SRBAI ?????? ?????? ?AIA ????? ?? 膨脹因子是由反應(yīng)式?jīng)Q定的，一旦反應(yīng)式確定，膨脹因子就是一個(gè)定值，與其它因素一概無(wú)關(guān)。 02312C3BA2A ?????? ??? ?膨脹因子的物理意義 ? 關(guān)鍵組分 A消耗 1mol時(shí)，引起反應(yīng)物系摩爾數(shù)的變化量。對(duì)于恒壓的氣相反應(yīng)，摩爾數(shù)的變化導(dǎo)致反應(yīng)體積變化。 δA0是摩爾數(shù)增加的反應(yīng)，反應(yīng)體積增加。 δA0是摩爾數(shù)減少的反應(yīng)，反應(yīng)體積減小。 δA=0是摩爾數(shù)不變的反應(yīng)，反應(yīng)體積不變。 膨脹率 ? 物系體積隨轉(zhuǎn)化率的變化不僅僅是膨脹因子的函數(shù)，而且與其它因素，如惰性物的存在等有關(guān)，因此引入第二個(gè)參數(shù)膨脹率。 ? 定義膨脹率 ? 即 A組分的膨脹率等于物系中 A組分完全轉(zhuǎn)化所引起的體積變化除以物系的初始體積。 001AAAA??? ??xxxVVV?膨脹因子與膨脹率的關(guān)系 ? 可以推導(dǎo)出 AA0A ?? y?變?nèi)葸^(guò)程轉(zhuǎn)化率與濃度的關(guān)系 ? 恒壓變?nèi)蒹w系中各組分濃度、摩爾分率及分壓可以由以下推導(dǎo)得到。 ? 對(duì)于 A組分 ? ?? ?? ?AAA0AAII0AA0A0AAI0III 11 xxccxVxnnVnc???????????????AAA0AA 11xxcc????? 例 15均相氣相反應(yīng) A→3R ，其動(dòng)力學(xué)方程為 rA=kcA，該過(guò)程在 185℃ ， 400kPa下在一平推流反應(yīng)器中進(jìn)行，其中 k=102s1，進(jìn)料量 FA0=30kmol/h，原料含 50％惰性氣，為使反應(yīng)器出口轉(zhuǎn)化率達(dá) 80％，該反應(yīng)器體積應(yīng)為多大 ? ? 解：該反應(yīng)為氣相反應(yīng) A→3R ? 已知 yA0=， 因此 εA=yA0δA=1 ? 平推流反應(yīng)器設(shè)計(jì)方程 21 13A ????? ?? A0AA0Adxrxc?? ?? ?? ? ? ?30R1313000AA0AAA0AAA0AA0A0AA0A0AA0A400d1110011dddA???????????????????????????????????????VVpRTFVxxxxxxxkcxckcxcrxcx????? 例 16在一個(gè)平推流反應(yīng)器中 ， 由純乙烷進(jìn)料裂解制造乙烯 。 年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為14萬(wàn)噸乙烯 。 反應(yīng)是不可逆的一級(jí)反應(yīng) ，要求達(dá)到乙烷轉(zhuǎn)化率為 80％ ， 反應(yīng)器在1100K等溫 ， 恒壓 600kPa下操作 ， 已知反應(yīng)活化能為 kJmol1 ， 1000K時(shí) ，k= s1 。 設(shè)計(jì)工業(yè)規(guī)模的管式反應(yīng)器 。 ? 解：設(shè) A為乙烷 ， B為乙烯 ， C為氫氣 ? 反應(yīng)器流出的乙烯的摩爾流率是： CBAHHCHC 24262?? ???? ??1111117B sk m o m o lkg28hs3600dh24ad330akg1014 ??????????????? ???F? 進(jìn)料乙烷的摩爾流率是： ? 計(jì)算 1100K時(shí)反應(yīng)速率常數(shù)： 1ABA0 sk m o l2 1 1 7 ?????xFF11000110010001100K110010001100100011001000011000K1000K11000eeee3????????????????kkkkkkkRERERERTE? 膨脹因子： ? 膨脹率： ? 進(jìn)口體積流量： 11 111A ?????111AA0A ???? ?? y1333000A0 ????????pRTFV? 平推流反應(yīng)器設(shè)計(jì)方程 ? ?? ?30AAR0AAA0AAA00AAAA0A000AA0A0R0AA0A0Rd1111d11dddAA???????????????????????????????????????xxVxxxxxkxVxxkcxcVkcxcVVrxcVVAxx??流體在平推流反應(yīng)器中的真實(shí)停留時(shí)間 ? 由平推流反應(yīng)器的定義可知，流體在反應(yīng)器內(nèi)不存在任何返混，所有流體微元的真實(shí)停留時(shí)間都等于平均停留時(shí)間。 ? 恒壓變?nèi)莘磻?yīng)，由于反應(yīng)物系體積隨轉(zhuǎn)化率而變化，其真實(shí)停留時(shí)間與空間時(shí)間 τ不同。如果反應(yīng)物系體積膨脹，流體流速將逐漸加快，停留時(shí)間將小于空間時(shí)間；相反，如果反應(yīng)物系體積縮小，停留時(shí)間將大于空間時(shí)間。
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