［反应工程学期作业］［关于管式换热器的计算］GwdXA0AMdZA一―、绝热管式反应器DDD□□□□1.22m□□□□□□□□□□□□□□□□□□□CH-CH<—CH-CH=CH+H65256522皿叩叩1:20□898K□叩叩口0.12MPa□叩叩叩叩叩叩叩叩叩叩叩r=k[p-pp/K]kmol/(kg-s)A/sHp□□□p□□□□□□ADS□H叮叮叮叮叮叮口□□□□□□□□□□□k=3.452x10-5exp(一10983/T),kmol/(s-kg-Pa)□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□K二3.96x1011exp(-14520/T),Pa□□□□□□□□□□□□2.177kJ/(kg-K)□□□□□□1.39x105J/mol□□□□□□□□□□□1440kJ/m3□□□□□□1D□□□□□□□2D□□□□□□□□□□□□□□□DDD求解基础：将管式反应器按活塞流反应器处理；将反应按拟均相模型处理;忽略副反应影响。求解思路：求解公式为Gw将式中的RA用XA的函数表述，而MA实际上等于单位时间单位反应器截面积上流过的乙苯摩尔数，可以求得具体数值。因此由求解公式可以得到dX/dZ二f(X)的函数，积分函数式即可求转化率的轴向分布，从而求出反应AA体积。绝热反应过程的温度与转化率成线性关系，因此可由转化率的轴向分布D1DD2DD3DD4DD5D1.2x105(1—X)—21+XAr=3.452x10-5exp(—10983/T)x1440x1.2x105xA1—X1.2x105X24—A21+X3.96x1011exp(—14520/T)(21+X)2dX4.104*106/10983、十“3.03*10-7X2/14520A二exp(—)*[1—XA—「exp(-dx21+X898—137XA21+X898—137XAAAA3.03*10-7X)D8求得轴向温度分布。求解过程:反应为变摩尔反应，则8二(1+1—1)/1二1A将各反应组分的分压变为转化率的函数：P二P(1—X)/(1+y8X)AA0AA0AAp=p=pX/(1+y8X)sHA0AA0AAy二1/(1+20)二1/20A0p=py=1.2x105x（1/20）A0A0将式（）、（）、（）、（）代入反应速率方程，结果为1.2x105X）A—K（21+X）2A-本题为绝热操作，属变温情况，需将题给的及与温度的关系代入式子（）D6D进料中乙苯与水蒸气的摩尔比，所以y二1/(20+1)二1/21A0绝热温升为九(—AH)/CM=—137KA0rptA由九值可得反应过程的温度与转化率的关系为T=898—137XAGwA0/MA二1.7*10-3/（兀*1.222/4）二1.454*10-3kmol/（m2.s）将此值及式子（），（）代入求解公式可得轴向转化率分布方程不同反应器高度所能达到的转化率，从而求出反应体积。这里用龙格库塔吉尔法，用计算机求解。求解的程序为：functionzODEclearall;clc,formatIongXA0=0;[z,XA]=ode45(@f,0:0.1:3.5,XA0)plot(z,XA,'k-'),xlabel('z'),ylabel('XA')%functiondXAdz=f(z,XA)dXAdz=4.104e6/(21+XA)*exp(-10983/(898-137*XA))*(1-XA-3.03e-7*XM2/(21+XA)*exp(14520/(898-137*XA)))由于绝热反应过程的温度与转化率成线性关系，由式子（）便可算出给定转化率下的温度。求解结果列表如下：乙苯脱氢反应器轴向转化率及温度分布Z/mXAT/KZ/mXAT/KZ/mXAT/K008981.20.460269834.94312.40.576101819.07410.10.083959886.49771.30.475537832.85142.50.581332818.35750.20.150586877.36971.40.489379830.95512.60.586147817.69790.30.205259869.87961.50.501958829.23182.70.59058817.09050.40.251122863.59631.60.513414827.66232.80.594664816.5310.50.290359858.22081.70.523865826.23052.90.598428816.01530.60.324376853.56051.80.533414824.92233.00.601899815.53980.70.354143849.48241.90.542151823.72533.10.605100815.10130.80.380419845.88272.00.550154822.62893.20.608053814.69680.90.403776842.68272.10.557492821.62363.30.610778814.32341.00.424648839.82322.20.564227820.70083.40.613294813.97881.10.443383837.25652.30.570414819.85323.50.615616813.6606Z(m)乙苯脱氢反应器的轴向温度及转化率分布为了求出转化率达到所需要的催化剂量，需要决定相应的床层高度。但是，表没有转化率刚好等于的计算结果，根据与相接近的数据进行线性内插，不会带来大的误差。于是，转化率达到的床层高度为Lr=2.9+3.0-2.90.601899-0.598428*(0.6-0.598428)=2.95m催化剂用量兀Vr=x1.222x2.95=3.45m3w=3.45x1440kg=4968kg二、非绝热变温管式反应DDD□□144□□□□0.101m□□□□□□□□□1.22□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□11002.85W/由表中数据，分别以XA对Z及以T对Z作图，如下图所示。图中的两条曲线即为轴向温度分布曲线及轴向转化率分布曲线。□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□G□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□a□□□□□aaa求解基础：将管式反应器按活塞流反应器处理；将反应按拟均相模型处理;忽略副反应影响。求解思路：求解公式为GwdXA0AMdZA一RA(XA)Gw(-AH)dX4UptdZ
