单选题
N个CSTR进行串联,当N→∞ 时,整个串联组相当于()反
A
平推流
B
全混流
C
间歇釜
D
半间歇釜
答案解析
正确答案:A
解析:
这道题考察的是化学反应工程中理想反应器模型的极限情况及其流动特性。
**解析如下:**
1. **CSTR(全混流反应器)的特性**:
单个 CSTR 内部物料完全混合,浓度均一,存在严重的返混现象。其停留时间分布较宽,反应效率通常低于同体积的平推流反应器。
2. **多釜串联模型**:
当 $N$ 个等体积的 CSTR 串联时,随着串联级数 $N$ 的增加,整个系统的返混程度逐渐降低。每一级反应器内的浓度梯度变得更加平缓,整体流动特性逐渐接近平推流。
3. **极限情况 ($N \to \infty$)**:
* 从**停留时间分布 (RTD)** 的角度来看:单个 CSTR 的无因次方差 $\sigma_\theta^2 = 1$。对于 $N$ 个等体积 CSTR 串联,总方差为 $\sigma_\theta^2 = 1/N$。
* 当 $N \to \infty$ 时,$\sigma_\theta^2 \to 0$。方差为 0 意味着所有流体微元的停留时间完全相同,没有分散,这正是**平推流反应器 (PFR, Plug Flow Reactor)** 的特征。
* 从**物理意义**上看:无限多个微小的全混釜串联,使得流体在流动方向上的混合被限制在无限小的范围内,从而消除了轴向返混,表现为活塞式流动。
4. **选项分析**:
* **A. 平推流**:正确。$N \to \infty$ 的 CSTR 串联组等效于平推流反应器。
* **B. 全混流**:错误。这是 $N=1$ 时的情况。
* **C. 间歇釜**:错误。间歇釜是非连续操作,而 CSTR 串联是连续操作。虽然平推流反应器在数学计算上与间歇釜类似(时间 vs 空间),但题目问的是流动模型等效性,且平推流是连续流动的理想模型。
* **D. 半间歇釜**:错误。操作方式不同。
**结论:**
当 N 个 CSTR 串联且 $N \to \infty$ 时,整个串联组的流动特性趋近于无返混的平推流。
故正确答案为 **A**。
相关知识点:
N个CSTR串联N→∞似平推流
题目纠错
化工总控工理论题库
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