题目
间歇釜式反应器和连续釜式反应器,在相同条件下,间歇釜的收率总是大于连续釜的收率。
间歇釜式反应器和连续釜式反应器,在相同条件下,间歇釜的收率总是大于连续釜的收率。
题目解答
答案
错误
解析
本题考查间歇釜式反应器和连续釜式反应器收率的比较,解题思路是通过分析两种反应器的特点以及反应级数对收率的影响来判断该说法的正确性。
对于不同反应级数的反应,间歇釜式反应器和连续釜式反应器的收率情况有所不同:
- 零级反应:
零级反应的速率方程为$-r_{A}=k$,其中$k$为反应速率常数。
对于间歇釜式反应器,其设计方程为$\int_{X_{A0}}^{X_{A}}\frac{dX_{A}}{-r_{A}} = t$,将$-r_{A}=k$代入可得$\int_{X_{A0}}^{X_{A}}\frac{dX_{A}}{k} = t$,积分得$\frac{X_{A}-X_{A0}}{k}=t$,在相同的反应时间$t$下,可得到一定的转化率$X_{A}$。
对于连续釜式反应器,其设计方程为$\tau=\frac{X_{A}}{-r_{A}(1 - X_{A})}$,将$-r_{A}=k$代入可得$\tau=\frac{X_{A}}{k(1 - X_{A})}$,在相同的空时$\tau$(相当于间歇釜的反应时间$t$)下,也可得到相应的转化率$X_{A}$。
经过计算和分析可知,在相同条件下,零级反应时间歇釜和连续釜的收率是相等的。 - 一级反应:
一级反应的速率方程为$-r_{A}=kC_{A}=kC_{A0}(1 - X_{A})$。
对于间歇釜式反应器,由设计方程$\int_{X_{A0}}^{X_{A}}\frac{dX_{A}}{-r_{A}} = t$,将$-r_{A}=kC_{A0}(1 - X_{A})$代入可得$\int_{X_{A0}}^{X_{A}}\frac{dX_{A}}{kC_{A0}(1 - X_{A})} = t$,积分得$\frac{1}{kC_{A0}}\ln\frac{1}{1 - X_{A}}=t$。
对于连续釜式反应器,由设计方程$\tau=\frac{X_{A}}{-r_{A}(1 - X_{A})}$,将$-r_{A}=kC_{A0}(1 - X_{A})$代入可得$\tau=\frac{X_{A}}{kC_{A0}(1 - X_{A})^2}$。
在相同条件下,通过比较两种反应器达到相同转化率所需的时间或空时,可发现一级反应时间歇釜的收率大于连续釜的收率。 - 二级反应:
二级反应的速率方程为$-r_{A}=kC_{A}^2=kC_{A0}^2(1 - X_{A})^2$。
对于间歇釜式反应器,由设计方程$\int_{X_{A0}}^{X_{A}}\frac{dX_{A}}{-r_{A}} = t$,将$-r_{A}=kC_{A0}^2(1 - X_{A})^2$代入可得$\int_{X_{A0}}^{X_{A}}\frac{dX_{A}}{kC_{A0}^2(1 - X_{A})^2} = t$,积分得$\frac{X_{A}}{kC_{A0}}=t$。
对于连续釜式反应器,由设计方程$\tau=\frac{X_{A}}{-r_{A}(1 - X_{A})}$,将$-r_{A}=kC_{A0}^2(1 - X_{A})^2$代入可得$\tau=\frac{X_{A}}{kC_{A0}^2(1 - X_{A})^3}$。
在相同条件下,通过比较两种反应器达到相同转化率所需的时间或空时,可发现二级反应时间歇釜的收率大于连续釜的收率。
由于存在零级反应这种特殊情况,使得间歇釜的收率并不总是大于连续釜的收率,所以“间歇釜式反应器和连续釜式反应器,在相同条件下,间歇釜的收率总是大于连续釜的收率”这一说法是错误的。