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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