反应工程试卷

))nkpCA0i-xf^5_ 0.6•0.4=nkG-0.6)III一.在实验室无梯度反应器中进行等温一级气固催化反应：A-R，采用球形颗粒催化剂，其直径为4mm,催化剂颗粒体积为5mL,进料气体流量为Q=0.4mL/s,C=Olmol/L，出口转化率x=60%,D=10-4cm2/s。III巳知外扩散阻力可忽略，试求在上述反应条件下，催化剂的内扩散有效因子和以颗粒体积为基准的速率常数的值。解：无梯度反应器就是CSTRV X/—x、x一xP=ff 角=A AOAfQC- -RT vk~CAf0Op="0:「•Q0nk1-X~~，•nk=0.12s-1.•p, k022...①=忡=&"门=ex0」2=48>45.・・内扩散严重eA7 0.12C"k= =7 0.12C"k= =0.64stp ——门== =0.1875•••b48III二.在一实验室无梯度反应器中进行等温一级气固催化反应：ATR，得到

下列结果，试判断是否受内扩散阻力的影响(外扩散阻力已消除，孔=T2)：IIId(mm)Af0。6Af0。60。836催化剂质量一定，=100mol/m3。解:x—xx —,x 、解:AfA0=Af A0^kCf ^kC00i—x^'kW^^x))8x0.6x)8x0.6x0.2「)==13x0.8x0.4L=Q01L1}-%2•门2 Q02"Af2”—"Af1与粒径无关，.•.不受内扩散阻力的影响其它条件与二相同。d(mm)WxAf220。6610.20=XAf0=XAf-XA0—nkcw,xa3xa0)Af nkWCA0^-XAfl1x0.6x0.8=3J=2x0.2x0.4=Q—定.C=100mol/m3。o，A0解：（与第二题类似）wAw

k阳)

kww1XfWx'-x

"Wx^1-xAf1・・・n与"成反比\n=。 .••严重内扩散影响I.一级气固催化反应：AtR,在反应温度150°C时测得kp=5s-\,D=0.2cm2/s，求：(1)当催化剂直径为100/m时，内扩散影响是否已排除?(2)欲保持内扩散有效因子n=0.8，则颗粒直径应为多少？解：(1)'s-RJD~eA_\00X10-6 5 <\2 *0.2x10-4"1 无内扩散n_31.-1〕_0.8(2)，$-1Tanh$-$~)

试差得：二=2而 R]DPA R/&=0.4cm五.一级气固催化反应：人—R，实验测得如下数据，若外扩散阻力已消除，且D.不随温度变化，求反应的活化能。d(mm)122C(mol/m3) (-R)mol/g.s T(K)20 1 48040 1 48040 3 500门门=(-RaL

kCWAG解：°RA^~nkWCAG气=?RA1)wkW2CAG2=1X40=2T^-RA2^k^CGGX 1X20%=Ri=「n=1 虹R2 小，属于严重内扩散・.・480K时受严重内扩散影响，.•・500K时更受严重内扩散影响门2=土=哼二T*2r*=kj-R2]}j-R2]}3A3WW213(k=kp)土J-RA21%3%3七 CR3"2CAG2j-R2)=%七2•-^^倬匕kW3=9•••LW2kW3_k0exp(-E/RT}_9,:k~k0exp(-E/RT^)_ln9•E_219.22kJ/mol六。一级气固催化反应:ATR，在T=600K下排除内、外扩散阻力后，测得其反应速率（—Ra）=kCmo1/g"，k=01x10-31/g.s，现在工业用催化剂粒A WA w径为0。6mm，pP=\,2glcm3，DA=10-5前/s，求：（1）在600K反应时，

工业催化剂的n值（无外扩散阻力）；（2）催化剂粒径多大时，内扩散阻力可忽略。0解：（1）sssk0解：（1）sssk=kp=0.12s-10.64-0=3.29••s(2)「V1时内扩散阻力可以忽略4(2)「V1时内扩散阻力可以忽略4s=91.29.m••一级气固催化反应：ATR，在消除了内、外扩散阻力后，实验测得如下数据：T(oC)C(mol/L) (-T(oC)300 1 0。1350 1 2III现将这种催化剂装在固定床中等温反应(300°C),可视为PFR.在进料流量为1L/s(此时外扩散可忽略)时,七=80%。已知dp=5mm，催化剂量为100kg,III^vIn(一^vIn(一x^k~p匕=w/ppAfn^k=0.0165-1p(—R)k=A本=0.15—1:p —C一A(—R)=kCI而A本PAIllpp=也江。求(1)300C时的门;(2)当反应温度提高到350C,要求七求催化剂的装填量。IllVxdx解：(1)QC--一j(/nkCW/pxdx：F、v^—^一:.门=0・16<°・2 属于严重内扩散(2),」300°C时受严重内扩散影响，•：350°C时更受严重内扩散影响(-R)k= ■本=2s-1A•门'=0.036'-"p'-"p=22.4kg

pp=0.224吒)-ln

W'=Q：• 0^kpW'_门k_。'k(或：W~nrk^—左亡"一级气固催化反应：ATR,

=kppkpkp在5atm下反应，测得如下数据:T(KT(K) d(mm)667粉末C(mol/m3) (-R)(mol/ICat.s)1 20625667粉末6hiphipp=lkg〃。求:则应采用什么反应已知外扩散已消除，催化剂为粉末时已消除了内扩散阻力，(1)反应活化能；⑵为使'为6mm时也消除内扩散阻力，温度？C-R)kkexp(-E/RT)“Axt\ _A、1=_尸1=_° … 1、=20解:⑴(-r)Lkexp(-E/RT)A2 P2 0 2.E=247.05kJ/mol••"Ra{=ni=1=20(2)\-R)厂厂=』属于严重内扩散％i=6°667K时:(-R) 20k=ai= =205-1U~AlpiD=5x10-4cm2/seA・.'<1时即消除了内扩散,sd=6mm时要消除了内扩散应:pkk-0.00565-1PT:.T=563KptV1n0.3/pt<1气 Y5x10—4kke^p(—E/RT)WPT= 0-ke硕一E/时)Plo i在一固定床反应器中球形催化剂上进行等温一级不可逆气固催化反应A-P,在消除外扩散阻力和CAG=10mo//m3时测得某处宏观反应速率（-Ra）=lmol/m3床层.s,以催化剂床层计的本征反应速率常数kv=1.0s-1，床层空隙率为03催化剂有效扩散系数DA=10-8m2/s。求：（1）该处的内扩散有效eA因子；（2）反应器中所装的催化剂颗粒的半径.门=（-]Ra）v=1=0.1<0.2,属于严重内扩散影响解：⑴ ~TTC一侦10（2）VAGg1=10n入RD3eA=io(I)DeAR=2.5mm十.某气固催化反应A(g)iTR(g)，为一级不可逆反应，在绝热式固定床反应器(可视为活塞流)中进行，如图所示。进口转化率为0,温度T0=573K，出口转化率为80%，温度T=623K，已知催化剂为球形颗粒,直径为4mm，DeA为10-5cm2/s，床层空隙率为0。4,以床层体积计的本征反应速率常数七=3.0e-1000仃(s-1)。若在反应器中绝热温升a可作为常数，求转化率为20%处的催化IllIIIIII剂有效因子n值。解：623-573=62.5623-573=62.5K0.8-0=585.5KT=T0+制七-y)=573+0.2x62.5k=3.0e-1000/t=0.544s-1=585.5Kkk=v=0.91s-ip 1^。=Rp=60.2函3 1 1 3门=二( -一)=二=0.051 牝(tanh^r)rIII十一,在一固定床反应器中等温进行一级不可逆气固催化反应A^P,催化剂为球形，在消除外扩散阻力和Cag=5mol33时测得某处宏观反应速度(-RA)=3mol/.3床层.SS，以催化剂床层计的本征反应速率常数v为1st,假设deA为常数。III求：(1)该处催化剂的内扩散有效因子n值(2)在进料量为20L/s,催化剂床层堆积密度pB为1200kg/m3,反应器出口转化率为80%时催化剂的装填量。解：(1川二(%)v=3=0.6kC 1x5(2)七=JxAf dXA =-对［:Af)nV=53.65LQC0^kC(1-x) -kC~B0A0 VA0 A VA0W=VepB=64.38kg十二.在直径为5cm,长为200cm的闭式反应器中进行一级不可逆反应A—P。I三」

i==i进料流量为200cm3I三」

i==i(1)若用轴向扩散模型处理，已知轴向扩散系数Da为5.5cm2/s，则在相同反应条件下，反应器的出口转化率为多少？⑵若用多釜模型