题目
20根据习题3.8所规定的反应和数据,在单个全混流反应器中转化率 为98.9%,如果再有一个相同大小的反应釜进行串联或并联, 要求达到同样的转化率时,生产能力各增加多少?
20根据习题3.8所规定的反应和数据,在单个全混流反应器中转化率 为98.9%,如果再有一个相同大小的反应釜进行串联或并联, 要求达到同样的转化率时,生产能力各增加多少?
题目解答
答案
解:(1) 二个300 l全混串联釜,Xa2=0.989,QoXai 300k(1 Xa1),且丙酸 钠的转化率要达到平衡转化率的 90%试计算反应器的反应体积。假定(1 )原 料装入以及加热至反应温度(50C)所需的时间为20min,且在加热过程中不进 行反应;(2)卸料及清洗时间为10min; (3)反应过程中反应物密度恒定。解:用A,B,R,S分别表示反应方程式中的四种物质,利用当量关系可求出 任一时刻盐酸的浓度(也就是丙酸钠的浓度,因为其计量比和投量比均为 1: 1)为:0・ 515Ca^Cb 二-;- VNaOHmol/l
解析
考查要点：本题主要考查全混流反应器（CSTR）串联和并联操作对生产能力的影响，涉及反应动力学与反应器设计的基本原理。
解题核心思路：
- 串联操作：通过调整总停留时间或流量，使两个反应器的总转化率达到目标值，从而推导出生产能力的变化。
- 并联操作：直接通过流量叠加计算总处理能力，无需调整单个反应器参数。
破题关键点：
- 串联：利用转化率叠加公式或停留时间关系，结合反应动力学方程，推导流量变化。
- 并联：总处理能力为单个反应器的简单叠加，无需考虑转化率调整。
串联操作分析
- 单个反应器转化率公式：
对于一级反应，转化率 $X = 1 - e^{-k\tau}$，其中 $\tau = \frac{V}{Q}$ 为停留时间。 - 串联总转化率公式：
两个相同反应器串联时，总转化率为：
$X_{\text{total}} = 1 - e^{-k(\tau_1 + \tau_2)} = 1 - e^{-k \cdot 2\tau}$
要求 $X_{\text{total}} = 0.989$，与单个反应器的 $X = 0.989$ 对比，可得：
$k \cdot 2\tau_{\text{new}} = k\tau \implies \tau_{\text{new}} = \frac{\tau}{2}$
因此，流量 $Q_{\text{new}} = \frac{V}{\tau_{\text{new}}} = 2Q$，生产能力增加100%。
并联操作分析
- 流量叠加原理：
并联时总流量为单个反应器流量的两倍，即 $Q_{\text{total}} = 2Q$。 - 转化率不变：
每个反应器独立运行，转化率仍为 $0.989$，生产能力增加100%。