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1、二氧化硫转化率最优化题目： SO21/2O2=SO3，四段绝热反应器，级间间接换热。1.基础数据：混合物恒压热容Cp 0.2549kcal/kgK H =23135kcal/kmol床层空隙率 y554kg/m 3进口 SO2 浓度 8.0%， O2 浓度 9.0%，其余为氮气。处理量 131kmolSO2/hr ，要求最终转化率98。2.动力学方程：K PSO2PSO3 12 RSOkeff POmol / gcat.sec222PSO3B B 1 PSO2K PSO2 PSO3式中：keff7.69151018 exp76062420475oCRTkeff1.5128107 exp3599
2、2475600o CRT7355.5B48148expTK2.310 8 exp 27200RTPSOK P PSO1PO 2322K P2.26203 10 5 exp 11295.3R 1.987T3.基本要求：(1)在 T X 图上，做出平衡线，至少4 条等速率线；(2)以一维拟均相平推流模型为基础，在催化剂用量最少的前提下，总的及各段的催化剂装量；进出口温度、转化率；并在 T-X 图上标出折线；4.讨论：(1)要求的最终转化率从97变化到 99对催化剂用量的影响；(2)如果有关系： YO 2YSO2 21， SO2 进口浓度在79之间变化，对催化剂装量的影响。计算过程：（1）由于反应速
3、率的表达式是温度和转化率的函数，所以在入口浓度一定的条件下，当反应速率等于零的时候， 不同的温度对应不同的转化率。根据这些1数据就可以作出此反应的平衡线。 改变反应速率的大小， 分别可以得到不同反应速率下的等速率线。平衡线和等速率线数据的计算程序如下：#include#include#define R 1.987#define h 0.0001double r(double x, double t, double xso2)double r,r1,r2,r3, B,keff,K, Kp,Pso2,Pso3,Po2;if(t=693.15 & t=748.15 & t=873.15)keff =
4、 1.5128*pow(10,7)*exp(-35992 / (R*t);K = 2.3*pow(10,-8)*exp(27200/(R*t);Kp=2.26203*pow(10,-5)*exp(11295.3 / t);Pso2=(xso2-xso2*x) / (1-xso2*x/2);Pso3=xso2*x / (1-xso2*x/2);Po2=(0.17-xso2-xso2*x/2) / (1-xso2*x/2);r1 =Po2*Pso2/Pso3;r2 =Pso3/(Pso2*sqrt(Po2)*Kp);B=48148*exp(-7355.5/t);r3 =sqrt(B+(B-1)*(
5、1-x)/x)+sqrt(K*(1-x)/x);r =keff*K*r1*(1-r2*r2)/(r3*r3); return(r);void main()double xso2=0.08,x,t,r0=0,y;int i;for(i=0;i5;i+)printf(R%d=%en,i+1,r0);for(t=693.15;t=1) break;y=fabs(pow(10,5)*r(x,t,xso2)-pow(10,5)*r0);while(y0.001);printf(%5.2f%5.4fn,t,x);t=t+5;r0=r0+pow(10,-6);运行上述程序后，获得的数据见下表：2反应速率 r
6、 106温度 T/k0.01.02.03.04.0693.150.9809698.150.9797703.150.97820.0117708.150.97620.2719713.150.97400.4750718.150.97150.62050.1844723.150.96860.72140.38630.0784728.150.96550.79010.53730.29030.0638733.150.96200.83650.64730.45360.2689738.150.95820.86740.72650.57610.4285743.150.95410.88730.78280.66690.550
7、0748.150.94960.89950.82240.73360.6416753.150.94470.89640.82370.73980.6529758.150.93940.89270.82390.74440.6617763.150.93380.88850.82310.74740.6685768.150.92780.88370.82140.74910.6736773.150.92130.87840.81880.74970.6772778.150.91440.87250.81540.74920.6794783.150.90710.86620.81130.74770.6804788.150.899
8、40.85930.80650.74530.6803793.150.89120.85190.80100.74210.6792798.150.88260.84400.79480.73800.6772803.150.87350.83570.78810.73320.6743808.150.86400.82680.78070.72770.6706813.150.85400.81750.77270.72150.6661818.150.84360.80770.76430.71460.6609823.150.83270.79750.75520.70710.6550828.150.82150.78680.745
9、70.69900.6484833.150.80970.77570.73570.69040.6412838.150.79760.76420.72520.68120.6335843.150.78510.75230.71420.67160.6252848.150.77220.74000.70290.66140.6163853.150.75900.72730.69120.65080.6070858.150.74540.71430.67910.63980.5972863.150.73150.70100.66660.62850.5870868.150.71740.68740.65390.61670.576
10、4873.150.70300.67360.64080.60470.5654根据上述数据制图：31.00.90.80.70.60.5X0.40.3R=0R=1e-60.20.1R=2e-6R=3e-6R=4e-60.0700720740760780800820840860880T上图以温度为横坐标， 转化率为纵坐标。 最上面一条为平衡线， 平衡线下的四条曲线为反应速率分别为 1e-6、2e-6、 3e-6、4e-6(mol/gcat.sec)时的等速率线。（2）根据入口组成，设定入口温度，根据反应对入口温度所求偏导数在这一段内对组成的积分为零， 可以求得此段出口转化率， 即下一段的入口组成。 由
11、于段内操作线的斜率为 1/ （dT ），因此根据入口温度、入口组成和出口组dx成计算可得出口温度。要使催化剂用量最少，应使 ri ( X i ,out ,Ti, out )ri 1( Xi 1,in , Ti 1,in ) ，WcatXoutdx根据FA0Xinr (x,T )计算每段的最小催化剂用量。循环计算四段后可得最后的出口转化率，若不能满足要求（ x 98），则重新设定第一段入口温度，再进行计算直至满足条件。上述计算过程的 C 语言程序如下：#include#include#define R 1.987#define h 0.0001double r(double x, double t, double xso2)double r,r1,r2,r3,keff,K,B,Kp,Pso2,Pso3,Po2;if(t=693.15 & t=748.15 & t=873.15)4keff = 1.5128*pow(10,7)*exp(-
