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1習題課化學反應工程第1頁28-14

用粒徑為2.4mm球形催化劑測定A一級不可逆分解反應速率，A在催化劑微孔內有效擴散系數(shù)De=510-5m2/h

，催化劑有效導熱系數(shù)

e=1674J/hmK；對于氣膜：傳熱系數(shù)

s=167.37kJ/hm2

k，傳質系數(shù)kg=300m/h；對于反應：(-HR)=167.37kJ/

molA

，CAg=20mol/m3，在0.1013Mpa、336C，

R=10-5mol/hm3cat問：(1)外擴散傳質阻力是否影響反應速率？

(2)內擴散傳質阻力是否影響反應速率？

(3)粒內和氣膜內是否存在溫差？第2頁3解：（1）外擴散第3頁4內擴散阻力嚴重（2）內擴散外擴散阻力不影響反應速率第4頁5（3）溫差第5頁68－23（3-32）用直徑2.4mm球形催化劑進行A一級不可逆反應，氣體中A濃度CAg=0.02kmol/m3，已測得單位床層內宏觀反應速率為60kmol/m3h，

=0.4，組分A在顆粒內有效擴散系數(shù)為510-5m2/h，氣膜傳質系數(shù)為300m/s，試定量計算內、外擴散影響。第6頁7解：（1）判斷外擴散第7頁8可見：外擴散可忽視可見：內擴散嚴重試差計算內擴散效率因子第8頁98-15

在一轉筐式內循環(huán)無梯度反應器中進行氣固相催化反應動力學試驗，得到下列數(shù)據(jù)：序號123

進料流量896

進口濃度344

出口濃度222

催化劑量493

顆粒直徑221

轉速200500500若顆粒溫度均勻，且等于氣相主體溫度，試分析顆粒內外傳遞阻力情況。第9頁10

序號123

反應速率R224

顆粒直徑221

轉速N200500500可見：N

，R不變，無外擴散；，R，有內擴散。解：第10頁118－38《化學反應工程原理例題與習題》在一轉框式內循環(huán)反應器中，等溫進行催化反應試驗，得到下列數(shù)據(jù)：

判斷內、外擴散影響。序號粒徑mmCafmol/l轉速轉/minRmol/lmin10.211000320.5110003321500142110001第11頁12內外擴散習題類型：（1）試驗型——判斷內外擴散是否存在外擴散—流速內擴散—粒徑、2

2(<1.44；>15)（2）計算內外擴散效率因子外擴散內擴散

計算

1Rk

2R

2第12頁136-7在CSTR中進行液固反應，產物為固相，反應為一級，已知：k=0.02min-1，固體顆粒平均停留時間為10min，求：

(1)平均轉化率；

(2)轉化率不大于30％顆粒所占百分率；

(3)若改用兩個等體積CSTR串聯(lián)(總體積不變)，估算轉化率低于30％顆粒百分率。第13頁14解：（1）對于一級反應：對于CSTR有：第14頁15（2）當轉化率＝30％時，顆粒停留時間為：即：顆粒在反應器中停留時間大于17.83min時，平均轉化率大于30％第15頁16（3）兩個CSTR串聯(lián)：每個CSTR平均停留時間為：50min第16頁176－6（4.4.4）有一固相加工反應AP，測得顆粒停留時間分布如圖，已知：CA0＝1mol/L，

k=2，求轉化率。解：固相反應0.502第17頁18第18頁19復雜反應計算最大CP，x，t，Φ平行反應連串反應PFRCSTR組合反應器CA，CP，CS；Φ反應器體積專門計算公式簡單反應可逆反應第19頁207－6（2-79）已知一分解反應：PAST在25C時反應，反應速率分別為：

rP=1.5，rS=3CA

，rT=1.5CA2

，若CA0=2mol/l，CP0=CR0=CT0=0，求：（1）在該反應溫度下，為使產物P收率最大，應選何種反應器？（2）若用PFR，則CPmax=？（3）若用CSTR，則CPmax=？123第20頁21解：（1）

n1<n2<n3

應選用CSTR（2）PFR第21頁22（3）CSTR第22頁23例題：一級連串反應APS，k1=1min–1，k2=0.5min–1，CA0=1mol/L，CP0=CS0=0，試求下列情況反應器出口產物P和S濃度比。（1）采取單個PFR，τ=1min；（2）采取單個CSTR，τ=1min；（3）采取兩個CSTR，τ1=τ2=1

min；（4）采取兩個CSTR，τ1=τ2=0.5

min。第23頁24解：（1）單個PFR時第24頁25（2）單個CSTR對P作物料衡算第25頁26（3）兩個CSTR串聯(lián)對P作物料衡算第26頁27對第二個CSTR內L作物料衡算：第27頁28（4）兩個CSTR串聯(lián)第28頁297-23等溫下進行液相反應：

PAST

已知CA0=10kmol/m3，流量v＝100L/min，為使產物P產率最大，問：(1)在單個CSTR中進行時，求最優(yōu)反應器體積，并求出對應CAf，CPf，CSf，CTf，，，之值；第29頁30(2)在單個PFR中進行時，求最優(yōu)反應器體積，并求出對應CAf，CPf，CSf，CTf，，，之值；(3)假設未反應A加