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文档简介
1习题课化学反应工程第1页28-14
用粒径为2.4mm球形催化剂测定A一级不可逆分解反应速率,A在催化剂微孔内有效扩散系数De=510-5m2/h
,催化剂有效导热系数
e=1674J/hmK;对于气膜:传热系数
s=167.37kJ/hm2
k,传质系数kg=300m/h;对于反应:(-HR)=167.37kJ/
molA
,CAg=20mol/m3,在0.1013Mpa、336C,
R=10-5mol/hm3cat问:(1)外扩散传质阻力是否影响反应速率?
(2)内扩散传质阻力是否影响反应速率?
(3)粒内和气膜内是否存在温差?第2页3解:(1)外扩散第3页4内扩散阻力严重(2)内扩散外扩散阻力不影响反应速率第4页5(3)温差第5页68-23(3-32)用直径2.4mm球形催化剂进行A一级不可逆反应,气体中A浓度CAg=0.02kmol/m3,已测得单位床层内宏观反应速率为60kmol/m3h,
=0.4,组分A在颗粒内有效扩散系数为510-5m2/h,气膜传质系数为300m/s,试定量计算内、外扩散影响。第6页7解:(1)判断外扩散第7页8可见:外扩散可忽视可见:内扩散严重试差计算内扩散效率因子第8页98-15
在一转筐式内循环无梯度反应器中进行气固相催化反应动力学试验,得到下列数据:序号123
进料流量896
进口浓度344
出口浓度222
催化剂量493
颗粒直径221
转速200500500若颗粒温度均匀,且等于气相主体温度,试分析颗粒内外传递阻力情况。第9页10
序号123
反应速率R224
颗粒直径221
转速N200500500可见:N
,R不变,无外扩散;,R,有内扩散。解:第10页118-38《化学反应工程原理例题与习题》在一转框式内循环反应器中,等温进行催化反应试验,得到下列数据:
判断内、外扩散影响。序号粒径mmCafmol/l转速转/minRmol/lmin10.211000320.5110003321500142110001第11页12内外扩散习题类型:(1)试验型——判断内外扩散是否存在外扩散—流速内扩散—粒径、2
2(<1.44;>15)(2)计算内外扩散效率因子外扩散内扩散
计算
1Rk
2R
2第12页136-7在CSTR中进行液固反应,产物为固相,反应为一级,已知:k=0.02min-1,固体颗粒平均停留时间为10min,求:
(1)平均转化率;
(2)转化率不大于30%颗粒所占百分率;
(3)若改用两个等体积CSTR串联(总体积不变),估算转化率低于30%颗粒百分率。第13页14解:(1)对于一级反应:对于CSTR有:第14页15(2)当转化率=30%时,颗粒停留时间为:即:颗粒在反应器中停留时间大于17.83min时,平均转化率大于30%第15页16(3)两个CSTR串联:每个CSTR平均停留时间为:50min第16页176-6(4.4.4)有一固相加工反应AP,测得颗粒停留时间分布如图,已知:CA0=1mol/L,
k=2,求转化率。解:固相反应0.502第17页18第18页19复杂反应计算最大CP,x,t,Φ平行反应连串反应PFRCSTR组合反应器CA,CP,CS;Φ反应器体积专门计算公式简单反应可逆反应第19页207-6(2-79)已知一分解反应:PAST在25C时反应,反应速率分别为:
rP=1.5,rS=3CA
,rT=1.5CA2
,若CA0=2mol/l,CP0=CR0=CT0=0,求:(1)在该反应温度下,为使产物P收率最大,应选何种反应器?(2)若用PFR,则CPmax=?(3)若用CSTR,则CPmax=?123第20页21解:(1)
n1<n2<n3
应选用CSTR(2)PFR第21页22(3)CSTR第22页23例题:一级连串反应APS,k1=1min–1,k2=0.5min–1,CA0=1mol/L,CP0=CS0=0,试求下列情况反应器出口产物P和S浓度比。(1)采取单个PFR,τ=1min;(2)采取单个CSTR,τ=1min;(3)采取两个CSTR,τ1=τ2=1
min;(4)采取两个CSTR,τ1=τ2=0.5
min。第23页24解:(1)单个PFR时第24页25(2)单个CSTR对P作物料衡算第25页26(3)两个CSTR串联对P作物料衡算第26页27对第二个CSTR内L作物料衡算:第27页28(4)两个CSTR串联第28页297-23等温下进行液相反应:
PAST
已知CA0=10kmol/m3,流量v=100L/min,为使产物P产率最大,问:(1)在单个CSTR中进行时,求最优反应器体积,并求出对应CAf,CPf,CSf,CTf,,,之值;第29页30(2)在单个PFR中进行时,求最优反应器体积,并求出对应CAf,CPf,CSf,CTf,,,之值;(3)假设未反应A加
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