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化学反应工程第五章习题课
第五章 习题课
异丙苯在催化剂上脱烷基生成苯,如催化剂为球形,密度为ρP=1.06kg·m-3,空隙率εP=0.52,比表面积为Sg=350m2g-1,求在500℃和101.33kPa,异丙苯在微孔中的有效扩散系数,设催化剂的曲折因子τ=3,异丙苯?苯的分子扩散系数DAB=0.155cm2s-1。
解
在30℃和101.33kPa下,二氧化碳向镍铝催化剂中的氢进行扩散,已知该催化剂的孔容为VP=0.36cm3g-1,比表面积SP=150m2g-1,曲折因子τ=3.9,颗粒密度ρS=1.4g·cm-3,氢的摩尔扩散体积VB=7.4cm3mol-1,二氧化碳的摩尔扩散体积VA=26.9 cm3mol-1,试求二氧化碳的有效扩散系数。
解
在硅铝催化剂球上,粗柴油催化裂解反应可认为是一级反应,在630℃时,该反应的速率常数为k=6.01s-1,有效扩散系数为De=7.82╳10-4cm2s-1。,试求颗粒直径为3mm和1mm时的催化剂的效率因子。
解
常压下正丁烷在镍铝催化剂上进行脱氢反应。已知该反应为一级不可逆反应。在500℃时,反应的速率常数为k=0.94cm3s-1gcat-1,若采用直径为0.32cm的球形催化剂,其平均孔径d0=1.1╳10-8m,孔容为0.35cm3g-1,空隙率为0.36,曲折因子等于2.0。试计算催化剂的效率因子。
解
某一级不可逆催化反应在球形催化剂上进行,已知De=10-3cm2s-1,反应速率常数k=0.1s-1,若要消除内扩散影响,试估算球形催化剂的最大直径。
解
某催化反应在500℃条件下进行,已知反应速率为:
?rA=3.8╳10-9pA2 mol·s-1gcat-1
式中pA的单位为kPa,颗粒为圆柱形,高╳直径为5╳5mm,颗粒密度ρP=0.8g·cm-3,粒子表面分压为10.133kPa,粒子内A组分的有效扩散系数为De=0.025cm2s-1,试计算催化剂的效率因子。
解
某相对分子质量为225的油品在硅铝催化剂上裂解,反应温度为630℃、压力为101.33kPa,催化剂为球形,直径0.176cm,密度0.95g·cm-3,比表面积为338m2g-1,空隙率εP=0.46,导热系数为3.6╳10-4J·s-1cm-1K-1;测得实际反应速率常数kV=6.33s-1;反应物在催化剂外表面处的浓度cAS=1.35╳10-5mol·cm-3;反应热ΔH=1.6╳105J·mol-1;活化能E=1.6╳105J·mol-1;扩散过程属于克努森扩散,曲折因子为τ=3,试求催化剂的效率因子和颗粒内最大温差。
解
温差不大,按等温计算有效因子
实验室中欲测取某气固相催化反应动力学,该动力学方程包括本征动力学与宏观动力学方程,试问如何进行?
答:第一步必须确定消除内、外扩散的颗粒粒度及气流速度和装置;第二步测定本征动力学;第三步在循环反应器中测定原颗粒的宏观动力学。
什么是宏观反应速率的定义式?什么是宏观反应速率的计算式?两者有何异同?
答:定义式 计算式 ?RA=η (?rAS)
两者都反映了宏观反应速率与本征反应速率之间的关系。颗粒内实际反应速率受颗粒内浓度、温度分布影响,用定义式是难于计算的。计算式将过程概括为颗粒表面反应速率与效率因子的关系,而效率因子通过颗粒内扩散及浓度、温度分布的规律是可以计算的,从而得到总体颗粒的宏观速率。
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