高等反应工程试题
更新时间:2023-08-21 15:36:01 阅读量: 高等教育 文档下载
高等反应工程试题,2011.10
计算题
1.某一级不可逆气-固催化反应,其反应速率为 -rA kcA 10 6mol/s.cm3
当cA 10 3mol/L0133MPa,400℃时,若要求催化剂内扩散对总速率基本上不发生影响,问催化剂历经如何改变。已知De=10-3cm2/s。
10 6
10 1s 1 解: -rA kcA 2 310 10
若要求催化剂内扩散对总速率基本上不发生影响,即
0.95, 1 RP 3k 0.1cm 1mm 1,即RP 110De
2.用直径为6mm的球形催化剂进行一级不可逆反应A→P+R。气相主体中A的摩尔分率为yA=0.5,操作压力p=0.10133MPa,反应温度T=500℃。已知单位体积床层的反应速率常数为0.333s-1,床层空隙率为0.5,组分A在颗粒内有效扩散系数为0.00296cm2/s,外扩散传质系数为40m/h,试计算:
1)催化剂内部效率因子为多少?内扩散影响是否严重?
2)催化剂外表面浓度为多少?外扩散影响是否严重?
3)计算表观反应速率。
解:1) RPk0.333 0.3 4.51 0.5De(1 )0.00296
1 0.52 th
显然内扩散影响严重。
2)表观反应速率为 3 1
R kga cAb cAs) kcAs 6 1 0.5 500m2/m3床层 36 10
cAb cAs k0.52 0.333 0.0312cAskga 5003600
py0.10133 0.5cAb A 0.00788kmol/m3
RT0.082 773
ccAs Ab 0.00765kmol/m3
1.03a 6 1 /dp
显然,外扩散影响不严重。
3)外扩散影响是否严重
R kga cAb cAs 40500 (0.00788 0.00765) 0.00128kmol/(m3s) 3600
3.在一列管式固定床反应器中进行邻二甲苯氧化制苯酐。已知该反应器所用列管内径为25mm,反应器进料氧和邻二甲苯的摩尔分数分别为21%和1%,反应器平均压力为0.11MPa,熔盐温度为375℃。邻二甲苯氧化为苯酐的反应速率方程为
rA kpAp0,kmol/ kgcat.h
13500lnk 24.44,kmol/kgcat.h.MPa2
T
反应热(-△H)=1283kJ/mol,床层堆密度ρb=1300kg/m3,径向有效导热系数
λer=2.8kJ/(m.h.K)。请校核该反应器是否满足热稳定性条件,若不满足可采取什么措施?为满足转化率大于95%的要求,熔盐温度不能降低。
4.在填料塔中,CO2于高压下被NaOH溶液所吸收,其过程为
CO2+2NaOH→Na2CO3+H2O,
(-rA)=kcAcB
计算塔内pA=105Pa,cBl=500mol/m3处的吸收速率。相关数据如下:
填空题
5.反应器的Peh可能对反应器的多重定态产生影响,Peh较小时会产生多态,而实际反应器的Peh都较大。因此,薄床层的固定床反应器可能因 (返混) 产生多态,大多数管式反应器和固定床反应器的 (返混) 都不致引起不稳定。
6.Hatta数可作为气液相反应中反应快慢程度的判据:
(1)Ha>3,属于反应在液膜内进行的
(2)Ha<0.02,属于反应主要在液相主体中进行的慢反应;
,则为液膜和液相主体中的反应都不能忽略的中速反应。
7. 修正Thiele模数Φ和内部效率因子ηi的关系可分为三个区域。当Φ<
ηi接近1,即在这一区域内颗粒内部传质对反应速率的影响可忽略,表观动力学方程和本征动力学方程相近,所以表观反应级数和本征反应级数接近,表观活化能和本征活化能亦接近。当
Φ
时,内扩散对反应速率的影响逐渐显现。而当Φ 时,内扩散对反应速率有严重影响。
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