化学反应工程

化学反应工程第四阶段练习一、填空题1)2)3)气固催化反应的传递过程存在着两种不同的尺度：（1）微团尺度的传递（2）设备尺度的传递。气固催化反应过程的研究方法主要有效率因子法和表观动力学法。外扩散准数Da的物理意义是极限反应速率与极限传质速率之比。若一气固相催化反应过程处于外扩散控制时，则其表观反应级数表现为一4)5)内扩散准数4的物理意义是极限反应速率与极限内扩散速率之比。若一气固相催化反应过程，本征级数为n级。当内扩散影响严重时，则其表观反应级数表现为（n+1）/2。6)可逆放热反应最优温度序列的实施，可采用多段绝热，段间冷却；或多段绝热，段间冷激的方法。7)在催化剂颗粒的临界熄火状态下操作，催化剂表面温度与气相主体温度的温差等于绝热温升。8)在列管式固定床反应器中进行强放热反应，为保证反应器稳定操作，必须采用高温的介质作为冷却剂。9)确定动力学参数的方法主要有积分法和微分法两种。10)无梯度反应器的特性与连续流动搅拌釜式反应器一致。二、单选或多选题⑴在PFR中进行气相反应A+2B-P+S，则膨胀因子 B,Ca.B二一2 b,5=-1 c.8=一1/2d,5=2AA PB⑵均相反应需要满足以下两个条件 B.D。a.机械搅拌b.反应相对较慢 c,反应极快 d.物系互溶三、图解题⑴如图表示在实验室管式反应器中消除外扩散影响的实验，由图可以判断，在空速不变的条件下，当史氏时，外扩散影响消除。判断，在空速不变的条件下，当史氏时，外扩散影响消除。U。⑵在催化剂颗粒的Qg和Qr对温度T的图上，画出放热反应时放热曲线与移热曲线（要求交点多于一个）。⑶在催化剂颗粒的Qg和Qr对温度T的图上，画出临界着火温度Tig和临界熄火温度Tex。并说明：提高气体线速度，则临界着火温度Tig将变大。四、计算题1.苯加氢制环己烷的催化反应，反应温度为150℃，测得反应速率常数k=5s-1,有效扩散系数D=0.2cm2/s。求（1）当颗粒直径为100日m时，内扩散影响是否排除？（2）e欲保持催化剂内部传递效率因子月=0.8，则催化剂颗粒直径应该是多少？2解：（1）。=r =50x10-4x =0.025TOC\o"1-5"\h\z^D 0.2e31 1n=r（-T—工）=0.999929俐。可见内扩散影响可以忽略。31 1（2）n=—（ —）=0.829th99试差得到：9=2.06r=0j乙=2.06x：21^=0.412cm则pVk\5・•・d=2x0.412=0.824cmp2.在一转框反应器中测得气固催化反应实验数据如下表实验序号(1)(2)(3)进料流量 V896进口浓度 cA0344出口浓度 c“Af222催化剂重量 w493颗粒直径 dP221转速 N200500500若颗粒温度均匀，且等于气流主体温度，试分析内、解：转框反应器，具有CSTR性质。外传递阻力情况。根据口二v(cA0~cA)w(i)r=8t2z2)=24R=9X(4-2)-29R=6X(4一2)二43对(1)和(2)进行比较：d相同，N不同，但是表观速率R不变，即外扩散影响消除。p对(2)和(3)进行比较：N相同，d不同，表观速率R改变，表明内扩散影响严重。3.反应A+BfP，其反应热为(-AH)=125.4kJ/molA，在总压力为0.1MPa，T=325℃下，用8%A和92%B(mol/mol)原料气，以40Qmol/h)的速率通过反应器,若采用多段绝热操作，已知流体的平均比热为1.0kJ/Qg•K)，密度为0.5kg/m3，问：若每段允许温升为50℃，要达到x=0.8所需的段数？A若段数为4，则为了保持最终转化率为0.8，应采取什么措施？解：A+B今PC=1.0kJ/(kg.K),p=0.5kg/m3,(-AH)=125.4kJ/molpP=0.1MPa,T=325C下，有：CA0p-y A0-RT0.1x106X8%8.314x(273.15+325)=1.61mol/m3ATad(-AH)c A0搂*二403.8KP:.AT=AT•x=403.8x0.8=323.0KadA若每段允许温升为50K，则需要7段才可以满足条件。(2)如若段数为4,仍然保持匕=0.8,则应采取的措施为:改变原料配比，降低绝热温升，减少原料气A的含量。AT=200KATadATadAT_ATadATadAT_200

丁一_08A(-AH)c A0-PcP=250K125.4xc