题目
全混流反应器中最多有_______个稳定的定常态操作点。A. 1B. 2C. 3D. 4
全混流反应器中最多有_______个稳定的定常态操作点。
A. 1
B. 2
C. 3
D. 4
题目解答
答案
B. 2
解析
本题考查全混流反应器稳定定常态操作点的相关知识。解题思路是通过分析全混流反应器的物料衡算方程,结合反应动力学方程,得到反应器内浓度与反应反应速率的关系,再根据该关系的图形特征来确定稳定定常态操作点的数量数量。
详细解析
- 首先写出全混流反应器的物料衡算方程:
对于一个恒容的全混流反应器,其物料衡算方程为$V_0C_{A0}-V_0C_A - Vr_A = 0$,其中$V_0$是进料体积流量,$C_{A0}$是进料中反应物$A$的浓度,$C_A$是反应器内反应物$A$的浓度,$V$是反应器体积,$r_A$是反应速率。
整理可得$C_A=\frac{C_{A0}}{1 + \tau r_A/C_{A0}}$,其中$\tau = V/V_0$为空间时间。 - 然后考虑反应动力学方程,一般来说,反应速率$r_A$是反应物浓度$C_A$的函数,即\( )。
以一级反应为例,$r_A = kC_A$($k$为反应速率常数),$C_A$为反应物$A$的浓度),代入上式可得$C_A=\frac{C_{A0}}{1 + \tau kC_A/C_{A0}}$。
令$y = C_A$,$x = C_A$,则$y=\frac{C_{A0}}{1+\tau kx}$,同时$r_A = kx$。
以$C_A$为横坐标,$C_A$和$r_A$为纵坐标,画出曲线。$C_A$与$C_A$的关系曲线是一条直线,$r_A$与$C_A$的关系曲线根据反应动力学方程确定。 - 最后分析稳定定常态操作点:
稳定定常态操作点是指$C_A$与$C_A$曲线和$r_A$与$C_A$曲线的交点。
从图形上看,这两条曲线最多有$2$个交点,即全混流反应器中最多有$2$个稳定的定常态操作点。