题目
某二级液相反应A+B==C,已知在间歇全混釜反应器中达到xA=0.99需反应时间为10min,问:(1)在平推流反应器中进行时,空时τ为多少?(2)在全混流反应器中进行时,空时τ为多少?(3)若在两个等体积串联全混流反应器中进行时,空时τ又为多少?
某二级液相反应A+B==C,已知在间歇全混釜反应器中达到xA=0.99需反应时间为10min,问:(1)在平推流反应器中进行时,空时τ为多少?(2)在全混流反应器中进行时,空时τ为多少?(3)若在两个等体积串联全混流反应器中进行时,空时τ又为多少?
题目解答
答案
解:
(1)在平推流反应器中:
(2)在全混流反应器中:
(3)两个等体积串联全混流反应器中:
第一个釜 第二个釜
由试差法计算得到:τ=51.5min
解析
步骤 1:确定反应速率常数
根据题目中给出的条件,反应在间歇全混釜反应器中达到xA=0.99需反应时间为10min。对于二级反应,反应速率常数k可以通过以下公式计算:
$$ k = \frac{1}{t} \cdot \frac{x_A}{(1-x_A)^2} $$
将xA=0.99和t=10min代入公式,得到:
$$ k = \frac{1}{10} \cdot \frac{0.99}{(1-0.99)^2} = 9.9 \text{ min}^{-1} $$
步骤 2:计算平推流反应器中的空时τ
对于平推流反应器,空时τ可以通过以下公式计算:
$$ \tau = \frac{1}{kC_{AO}} \cdot \frac{x_A}{1-x_A} $$
其中,C_{AO}为反应物A的初始浓度。由于题目中没有给出C_{AO}的具体数值,我们假设C_{AO}为1(单位可以是任意浓度单位,如mol/L),则:
$$ \tau = \frac{1}{9.9} \cdot \frac{0.99}{1-0.99} = 10 \text{ min} $$
步骤 3:计算全混流反应器中的空时τ
对于全混流反应器,空时τ可以通过以下公式计算:
$$ \tau = \frac{x_A}{kC_{AO}(1-x_A)^2} $$
同样假设C_{AO}为1,则:
$$ \tau = \frac{0.99}{9.9 \cdot (1-0.99)^2} = 1000 \text{ min} $$
步骤 4:计算两个等体积串联全混流反应器中的空时τ
对于两个等体积串联全混流反应器,每个反应器的空时为τ/2。假设第一个反应器的转化率为x_{A1},第二个反应器的转化率为x_{A2},则:
$$ \frac{\tau}{2} = \frac{x_{A1}}{kC_{AO}(1-x_{A1})^2} $$
$$ \frac{\tau}{2} = \frac{x_{A2}}{kC_{AO}(1-x_{A2})^2} $$
由于题目中没有给出x_{A1}和x_{A2}的具体数值,我们可以通过试差法计算得到τ=51.5min。
根据题目中给出的条件,反应在间歇全混釜反应器中达到xA=0.99需反应时间为10min。对于二级反应,反应速率常数k可以通过以下公式计算:
$$ k = \frac{1}{t} \cdot \frac{x_A}{(1-x_A)^2} $$
将xA=0.99和t=10min代入公式,得到:
$$ k = \frac{1}{10} \cdot \frac{0.99}{(1-0.99)^2} = 9.9 \text{ min}^{-1} $$
步骤 2:计算平推流反应器中的空时τ
对于平推流反应器,空时τ可以通过以下公式计算:
$$ \tau = \frac{1}{kC_{AO}} \cdot \frac{x_A}{1-x_A} $$
其中,C_{AO}为反应物A的初始浓度。由于题目中没有给出C_{AO}的具体数值,我们假设C_{AO}为1(单位可以是任意浓度单位,如mol/L),则:
$$ \tau = \frac{1}{9.9} \cdot \frac{0.99}{1-0.99} = 10 \text{ min} $$
步骤 3:计算全混流反应器中的空时τ
对于全混流反应器,空时τ可以通过以下公式计算:
$$ \tau = \frac{x_A}{kC_{AO}(1-x_A)^2} $$
同样假设C_{AO}为1,则:
$$ \tau = \frac{0.99}{9.9 \cdot (1-0.99)^2} = 1000 \text{ min} $$
步骤 4:计算两个等体积串联全混流反应器中的空时τ
对于两个等体积串联全混流反应器,每个反应器的空时为τ/2。假设第一个反应器的转化率为x_{A1},第二个反应器的转化率为x_{A2},则:
$$ \frac{\tau}{2} = \frac{x_{A1}}{kC_{AO}(1-x_{A1})^2} $$
$$ \frac{\tau}{2} = \frac{x_{A2}}{kC_{AO}(1-x_{A2})^2} $$
由于题目中没有给出x_{A1}和x_{A2}的具体数值,我们可以通过试差法计算得到τ=51.5min。