催化反应工程II习题及参考解答_II.docx

催化反应工程-II 习题参考答案9-1. 脉冲示踪实验，示踪剂用量30 g，流量1 L/min，测定出口浓度数据如下： t, min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10c(t),g/L 0 0 3 5 6 6 4 3 2 1 0请判断此示踪实验结果是否可靠？如可靠绘出它的E（t），F（t）曲线。解：首先检验数据的可靠性示踪剂注入量 Q=30 g出口检测到的示踪剂总量注入示踪剂与检测示踪剂一致，说明示踪实验数据可靠。用脉冲示踪法所得数据可直接得：数据如下： t, min012345678910c(t)，g/L00356643210E（t）000.1000.1670.2000.2000.1330.1000.0670.0330F（t）000.0500.1830.3670.5670.7330.8500.9330.9831作图。(注明：因数值积分方法不同，E(t)、F(t)的结果可略有差别)9-2. 试画出下列理想反应器组合的停留时间E（t）和F（t）函数曲线： （1） （2） （3）设想几种反应器操作，使其与全混釜的E（t）曲线相近解：（1） 平推流与全混釜并联，两种停留时间分布特征各自独立，按流量分率叠加E(t)=v1/(v1+v2) Ep(t)+ v2/(v1+v2)Em(t)=0.2Ep(t)+0.8Em(t) Ft=0tEtdt tm=V2v2=10 min, tp=V1v1=5 min, F(t)1t (min)5100.2E(t)0.8t (min)510（2）平推流与全混釜串联，平推流的作用在于产生停留时间滞后，全混釜控制停留时间分布特征。 tm=V1v=1 min, tp=V2v=1 min, （3）以下反应器操作的停留时间分布于全混釜相似 侧线进料活塞流 侧线出料活塞流 不同长度活塞流并联 循环比无穷大的循环反应器9-3. 液液二级均相反应AB产物，已知CA0CB0，此反应在平推流反应器中进行，可得转化率为99。今在体积相同的某实际反应器中进行该反应，脉冲示踪测得实际反应器内的停留时间分布数据如下表所示：t (min)012345681015203041526780c(t)mol/L09578190908677674732157310进料情况及反应条件均不变。求： （1）用一维轴向扩散模型计算转化率为多少？ （2）用多级串釜模型计算转化率为多少？串釜数目为多少？解：计算根据出口浓度变化计算平均停留时间及方差：tcc*Dtt*c*Dtt2*c*Dt(ti-t平均)2*c*Dt000000194.52.251.1251093.9232573349.574.257026.06838169172.5431.2512746.2449085.5299.251047.37513555.62590904051822.512092.616868848426629871.7828771631141798713472.7510671441296116647241.61815472853562.544531.253676.1272032197.53456.2560484.38391.82883015235587514687518650.034171214295.5152490.345579.59523552557.5118923.850857.31671301785106207.5565298006.5477.7535114.6321422.3求和344662160725859690316.3274206.8t 平均st2s2st216.09147170.63270.658978170.6327由平推流反应器结果可知：(等摩尔进料的双分子反应可视为二级反应)1) 用轴向扩散模型 （返混较大）采用闭式边界：查图得：2) 多级混合模型查图可得：1-xA0.05 xA=1=0.06=95% （注：查图允许有误差）也可以按串釜计算：相当于1个CSTR+0.52个CSTR（大小釜串联，其1、2不同，总停留时间与平推流反应器相同） （注：此题注重方法，积分、读图数值允许有一定偏差）10-1. 流化床反应器内径d t0.152 m，流化床层高度L f0.305 m，以单位体积催化剂为基准的气体体积空速为Fv125 m3（气体）/（hm3）（催化剂颗粒），催化剂颗粒密度p2200 kgm3，气体密度g1.2 kg/m3。气体粘度1.8105 Pas，床层压降P4000 Pa。试求:（1）气体的表观流速为多少？（2）此流速下催化剂的最小粒径应为多少才能不被气体带出？（假定颗粒不发生团聚）解： 令ef代表流化床空隙率，根据流化床压降等于单位面积上的床重，有：将上式代入数据可得： ef=0.39气体体积空速是气体体积流量与催化剂体积之比，即： FV=vVp=vALf(1-f) 表观流速为气体体积流量与床层截面积之比，即：u0=vA u0=FVLf1-f=1253600*0.305*1-0.39=6.46*10-3 m/s下面以作为带出速度计算最小颗粒直径显然，的值很小，故可采用下述终端速度公式：代入数据得： dp=18*u0*1.8*10-52200-1.2*9.8=9.86*10-6 m因此催化剂粒径需大于9.86 微米10-2. 对内径6 m的流化床反应器进行分布板设计。要求分布板压降占床层压降10%。已知：空塔气速（表观气速）u080 cm/s，临界床层空隙率 mf0.48，临界床高L mf3 m，颗粒密度p2.5 g/cm3，气体密度g2103 g/cm3，气体粘度2104 g/cms。（1）计算分布板的开孔率；（2）给出单位面积上的孔数与孔径的关系；（3）如采用0.4 cm的孔，则孔数为多少？解：床层压降为：分布板上的压降占整个床层压降的10，则有：分布板压降查得：当时，锐孔阻力系数气体的过孔流速：分布板的开孔率分布板上单位面积的孔数Nor 个/m2若令孔径dor分别为0.1，0.2，0.3，0.4cm，则由上式可