反应工程试卷

一．在试验室无梯度反响器中进展等温一级气固催化反响：AR，承受球4mm5mL，进料气体流量为Q0.4mL/s，C0

0.1mol/L，出口转化率xAf

60%，DeA

104cm2/s。外集中阻力可无视，试求在上述反响条件下，催化剂的内集中有效因子和以颗粒体积为基准的速率常数的值。CSTRVP VP

x

Af xA0 xx

xAf xA0 QC R0 A0 Af

kCP Af

kCP A0

1xAfx xVP A A0

5 0.6 ∴Q k0

1xAf

∴0.4 k 10.6P∴ kP 0.12s1k 0.22 2R2 P 0.124845∵s s DeA9 9

104

0.12

∴内集中严峻 0.1875 k 0.64s1∴ 48s

∴P 二．在一试验室无梯度反响器中进展等温一级气固催化反响：AR，得到以下结果，试推断是否受内集中阻力的影响〔外集中阻力已消退，T1

T):2d (mm)p

Q(cm20

/s) xAf380。6630。8催化剂质量肯定，CA0 100mol/m3。xW xA

Af

xA0

x xAf A01QC0 A0

RAf W

k CW Af

k C xW A0 Af0Qx0 Af∴ k W

1xAf Q1

x

1

Af2

80.60.21∴ Q2

xAf2

1x

30.80.4∵ 三．其它条件与二一样。d (mm) W xp Af2 2 0。66 1 0.2Q 0

C 100mol/m3。A0x〔与其次题类似〕xW A

xA0

xAf xA0 QC0 A0

RAf W

kCW Af

kCW A0

1xAf0Q0 Af∴ kWW

1xAf Wx1 2

Af1

1

Af2

10.60.83∴ W2

xAf2

1x

Af1

20.20.4kDPeARRkDPeARR 1 1 而： 3

∴ R 32 21∴ 与

成反比

∴严峻内集中影响四．一级气固催化反响：AR在反响温度150kp

5s1，D 0.2cm2eA

/s,〔1当催化剂直径为100μm时,内集中影响是否已排解?(2〕欲保持内集中有效因子 ？kDPeA50.210kDPeA50.2104解:(1〕s

R 2 1∴ 1 无内集中3 1 1〔2〕

tanh

0.8s s s试差得： 2s R而s

R 0.4cmkDPeAkDPeADeAkP∴五．一级气固催化反响：AR，试验测得如下数据,假设外集中阻力已消退，且D eA 不随温度变化，求反响的活化能。dp(mm) CAG(mol/m3) (RA)mol/gs T(K)120148024014802403500AW AW

RA W解:R

k CW AG

k CW AG R 1R 11R

k CkCW2 kC

14022 A2 W 120120

AG1 11 R12

2 ,属于严峻内集中∵480K时受严峻内集中影响，∴500K时更受严峻内集中影响kP3kP2kPDkP3kP2kPDeA23∴ 233 2

3 3 R k C R k33W2 33W

RA2

W3 AG322k C22

RA2WkW3

A W AGkP3kPkP3kP2

A3W W2kkW3kkW3W2∴

A2W R

W2 k 3

k kP W PA3W W3kW3 9∴kW2kW3 ∵kW2

kexp(E/RT)0 3 9kexp(E/RT)0 2E1 1∴R

T T2

ln9

∴E219.22kJ/mol六。一级气固催化反响：AR，在T600K下排解内、外集中阻力后,测得其反响速率

(R)kCmol/g.s k，A w A w，

01103l/gs，现在工业用催化剂粒径为0。6mm， 1.2g/cm3，DP eA

105cm2

/s〔1〕在600K反响时，工业催化剂的 值〔无外集中阻)〔2〕催化剂粒径多大时，内集中阻力可。kDPeA kDPeA〔1〕s3 1 1

k k P W

0.12s1P

3.29∴s∴s

tanhs

0.64s〔2)s

1时内集中阻力可以无视

R 1kDkDPeADeAkPR 929DeAkP∴七.一级气固催化反响：AR，在消退了内、外集中阻力后,试验测得如下数据：T(0C) CAG

(RA

300 1 0。1350 1 2现将这种催化剂装在固定床中等温反响〔300℃，可视为PFR.在进料流量为1L/s〔此时外集中可无视〕时,xAf 80%。dp 5mm，催化剂量为100kg， 1kg/L求〔1300℃时的 ;(2当反响温度提高到350℃要求x 80%，p Af求催化剂的装填量。VP x dxAAfAf〔1〕QC

0 kC

x

V W/0 A0

P A0 A P PdxW/dxP

xAf

lnA

1xAf

0.016s1∴Q 0 0

1x kP A P

PR而R

kC

k A ∴P C

A 本 P AA∴ 0.160.2 属于严峻内集中〔2〕∵300℃时受严峻内集中影响，∴350℃时更受严峻内集中影响k”

R”A

2s1

” P C ∵ ”A∴

0.036kkkk”PP0.12

x W” Q∴

Af”k”P

22.4kgPW” kP

” kP

kP

0.224〔或：W ”k”P

k” k” 〕P Pk”PkPkPk”P八.Ak”PkPkPk”PCA(mol/m3) (RA)(mol/lCas) T(K) dp(mm)1 20 667 粉末11625粉末116676外集中已消退，催化剂为粉末时已消退了内集中阻力， 1kg/l。求：p〔1)反响活化能〔2)为使d 为6mm时也消退内集中阻力，则应承受什么反响p温度？R

k exp(E/RT)解:(1)RA

k

1RT)

20A 2 P2 0 2R 11(2〕RA1 1

20A 3 3 3∴3 1 ∴33 20 属于严峻内集中 s

60P1667K时：k P1

RA C

201

320s1kPDeA kPDeAs

A120DeA∴600.3 D 5104cm2/20DeA∴eA∵ 1时即消退了内集中，d 6mm时要消退了内集中应:s PkPTDeAkPT5104R kPTDeAkPT5104

k 0.0056s1PTk 而：kPT P1

00

) ∴T563K九．在一固定床反响器中球形催化剂上进展等温一级不行逆气固催化反响AGAP,在消退外集中阻力和C 10mol/m3AG

时测得某处宏观反响速率(RA

)1mol/m3床层.s,以催化剂床层计的本征反响速率常数

k 1.0s1V

，床层空eA0.3DeA

108m2

/s。求:〔1〕该处的内集中有效〔2〕反响器中所装的催化剂颗粒的半径.解〔1〕

(R)A V

1 〔2〕

kCV AG

1101R

10kDpkDpeAk(1 )DeAV 3 3

10R2.5mm十．某气固催化反响(g)at.R(g),在绝热式固定床反响器〔可视为活塞流〕中进展，如下图。进口转化率为0，温度T0=573K，出口转化率为80％，温度T=623K，催化剂为球形颗粒,直径为4mmeA为10－5c2/0。4，以床层体积计的本征反响速率常数V 3.0e1000/T〔—1。假设在反响器中绝热温升 可作为常数，求转化率为20％处的催化剂有效因子值。解：6235730.80

62.5KTT0

(xA

x )5730.262.5585.5KA0k 3.0e1000/T 0.544s1VkVk VkPDeAP kPDeA

R 60.2S3S

1(tanhS

1)3 S

0.05十一.在一固定床反响器中等温进展一级不行逆气固催化反响A→P,催化剂为球形，在消退外集中阻力和C

5mol/m3

时测得某处宏观反响速度RA

3mol/

AGV，以催化剂床层计的本征反响速率常数kV

为1s－，假设D eA 为常数。求:〔1)η值〔2)在进料量为20L／s，催化剂床层积存密度 B 为1200kg/m3,反响器出口转化率为80％时催化剂的装填量。解：

(R)A

3 0.6kCV AGV

15dx

ln(1x )(2)

B Af

A

Af

53.65LQC0

0 kC V A0 A

kC BV A0WV B

64.38kg十二．在直径为5cm，长为200cm的闭式反响器中进展一级不行逆反响A→P。进料流量为200cm3/s，假设将该反响器作全混釜处理，得出口转化率为80%。(1〕Da为5.5cm2/s，则在一样反响条件下，反响器的出口转化率为多少?(2) 假设用多釜模型处理，出