全混流流动的E(t)曲线的方差(sigma )_(theta )=_______。P119A. B. 0~1 C. 1 D. >1 E. _______之比。P147 F. 扩散速率( G. 外扩散速率( 内扩散速率( 实际反应速率
全混流流动的E(t)曲线的方差
_______。P119
B. 0~1
C. 1
D. >1
E. _______之比。P147
F. 扩散速率(
G. 外扩散速率(
内扩散速率(
实际反应速率
题目解答
答案
P 147
解析
本题包含两个小问题,下面分别进行分析:
第一问:全混流流动的E(t)曲线的方差${\sigma }_{\theta }$的值
本题考查全混流流动的停留时间分布特性。解题思路是根据全混流流动的特点,结合停留时间分布方差的相关知识来确定其值。
对于全混流反应器,其停留时间分布函数$E(t)$的表达式为$E(t)=\frac{1}{\tau}e^{-\frac{t}{\tau}}$,其中$\tau$为平均停留时间。停留时间分布的无因次方差${\sigma }_{\theta }^{2}$的计算公式为${\sigma }_{\theta }^{2}=\frac{\int_{0}^{\infty }(t - \tau)^{2}E(t)dt}{\tau^{2}}$。
将$E(t)=\frac{1}{\tau}e^{-\frac{t}{\tau}}$代入上式进行积分计算:
$\begin{align*}{\sigma }_{\theta }^{2}&=\frac{\int_{0}^{\infty }(t - \tau)^{2}\frac{1}{\tau}e^{-\frac{t}{\tau}}dt}{\tau^{2}}\\&=\frac{1}{\tau^{3}}\int_{0}^{\infty }(t^{2}-2t\tau+\tau^{2})e^{-\frac{t}{\tau}}dt\\&=\frac{1}{\tau^{3}}\left(\int_{0}^{\infty }t^{2}e^{-\frac{t}{\tau}}dt - 2\tau\int_{0}^{\infty }te^{-\frac{t}{\tau}}dt+\tau^{2}\int_{0}^{\infty }e^{-\frac{t}{\tau}}dt\right)\end{align*}$
根据伽马函数$\int_{0}^{\infty }x^{n}e^{-ax}dx=\frac{n!}{a^{n + 1}}$($n$为正整数,$a>0$),这里$a=\frac{1}{\tau}$,则$\int_{0}^{\infty }t^{2}e^{-\frac{t}{\tau}}dt = 2!\tau^{3}$,$\int_{0}^{\infty }te^{-\frac{t}{\tau}}dt = 1!\tau^{2}$,$\int_{0}^{\infty }e^{-\frac{t}{\tau}}dt=\tau$。
代入上式可得:
$\begin{align*}{\sigma }_{\theta }^{2}&=\frac{1}{\tau^{3}}\left(2!\tau^{3}- 2\tau\times1!\tau^{2}+\tau^{2}\times\tau\right)\\&=\frac{1}{\tau^{3}}\left(2\tau^{3}- 2\tau^{3}+\tau^{3}\right)\\&= 1\end{align*}$
所以全混流流动的$E(t)$曲线的方差${\sigma }_{\theta } = 1$。
第二问:题目不完整,无法准确分析,但从答案推测可能是关于扩散速率相关概念的比例关系
由于题目信息缺失,无法给出详细的解题过程。