第 六章 习题答案精品参考资料.doc

6-1 为了测定形状不规则的合成氨用铁催化剂的形状系数，将其填充在内径为98mm的容器中，填充高度为1m，然后边续地以流量为1m3/h的空气通过床层，相应测得床层的压力降为101.3Pa，实验操作温度为298K，试计算该催化剂颗粒的形状系数。已知催化剂颗粒的等体积相当直径为4mm，堆密度为1.45g/cm3，颗粒密度为2.6g/cm3。 解: ，， ， 根据式(6-4)可推导出，式中为等比外表面积相当直径，为等体积相当直径。 根据式(6-9)得，即 (1) 根据式(6-10,6-11)得 （2） 将已知数据代入，联立解方程（1）、（2）得： 解得： ? 6-2 由直径为3mm的多孔球形催化剂组成的等温固定床，在其中进行一级不可逆反应，基于催化剂颗粒体积计算的反应速率常数为0.8s-1，有效扩散系数为0.013cm2/s，当床层高度为2m时，可达到所要求的转化率。为了减小床层的压力降，改用直径为6mm的球形催化剂，其余条件均不变，流体在床层中流动均为层流，试计算： 催化剂床层高度； 床层压力降减小的百分率。 解：（1）求用直径为6mm的球形催化剂的床层高度 已知数据:，，，， 根据式(5-72)计算西勒模数，根据式(5-76)计算内扩散有效因子。 ， ， 根据关系式，得 求用直径为6mm的球形催化剂的床层压力降减小的百分率: 根据式(6-9)得，假定床层的空隙率不变，则有: （1） 流体在床层中流动均为层流，层流流动时:，结合式(6-9)和在除直径外其余条件均不变时，可得： （2） 联立解（1）、（2）式得： 床层压力降减少的百分率为: 6-3 拟设计一多段间接换热式二氧化硫催化氧化反应器，每小时处理原料气35000m3(标准状况下),原料气中SO2、O2和N2的摩尔分数分别为7.5%、10.5%和82%。采用直径5mm、高10mm的圆柱形钒催化剂共80m3。试决定反应器的直径和高度，使床层的压力降小于4052Pa。为了简化，取平均操作压力为0.1213MPa,平均操作温度为733K,混合气体的粘度等于3.4×10-5，密度按空气计算。 解:根据给定的条件得: ，式中为床层截面积， 查得，，因此： 根据式(6-9)得: 为了使床层的压力降小于4052Pa,于是根据,试差求解床径: 床层直径D (m) 床层截面积A (m2) (Pa) 5.3 22.05 4680 5.4 22.89 4240 5.45 23.32 4038 5.50 23.75 3849 所以床层直径应大于或等于5.45m,直径为5.45m所对应床层高度为: 6-4 在绝热催化反应器中进行二氧化硫氧化反应，入口温度为420℃,入口气体中SO2浓度为摩尔分数为7%；出口温度为590℃，出口气体中SO2的摩尔分数2.1%，在催化剂床层内A、B、C三点进行测定。 测得A点的温度为620℃，你认为正确吗?为什么? 测得B点的转化率为80%，你认为正确吗?为什么? 测得C点的转化率为50%，经再三检验结果正确无误,估计一下C点的温度。 解:(1)在绝热床内，温度是呈线性上升的，出口处温度最高，床内任一点温度不可能高于出口温度，故测得A点的温度为620℃是不可能的。 (2)出口处SO2的转化率为：(0.07-0.021)×100%/0.07=70%。床层内部任一点处转化率不可能高于70%，故转化率为80%是不可能的。 (3)因为,故C点温度为: ℃。 ? 6-5 乙炔水合生产丙酮的反应式为： 在ZnO-Fe2O3催化剂上乙炔水合反应的速率方程为： 式中CA为乙炔的浓度，拟在绝热固定床反应器中处理含量为3%C2H2(mol)的气体1000m3(STP)/h，要求乙炔转化68%，若入口气体温度为380℃，假定扩散影响可忽略，试计算所需催化剂量。反应热效应为-178kJ/mol，气体的平均恒压热容按36.4J/molK计算。 解：因为乙炔浓度很低，忽略反应过程总摩尔数的变化。 式中为以标准状态计的体积流量,为温度t时垢体积流量。 绝热操作线方程为:,令： 在0~0.7之间取XA的值，确定温度数值，再计算出f(XA)的值，列表如下: XA 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 t℃ 380 395 409 424 438 452 468 482 F(XA)×103 2.86 2.52 2.28 2.09 2.02 2.01 2.1 2.39 图解积分得:? 所以，。 6-6 在氧化铝催化剂上进行乙腈的合成反应: 设原料气的摩尔比为C2H2:NH3:H2=1:2.2:1，采用