高等反应工程试题

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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