化学反应与反应器.docVIP

A平行反应中，反应级数相同 分析R收率最大时的温度条件。 解:考虑下列一些情况： E1E2、E3应该采用高温； E1E2、E3应该采用低温； E3E1E2,高温有利于反应3，低温有利于反应2，因此必须选择既不受反应2控制，又不受反应3控制的温度。 由 k1=k10e-E1/(RT)cnA K2=k20e-E2/(RT)cnA K3=k30e-E3/(RT)cnA 因n相同，所以R的选择率 β=rR/(rR+rS+rT)=1/(1+rS/rR+rT/rR) =1/(1+k20/k10e(E1-E2)/RT+k30/k10e(E1-E3)/RT) 令dβ/dT=0 所以 k20/k10e(E1-E2)/RT+k30/k10e(E1-E3)/RT=0 取对数，并整理得 (E3-E2)/RT=ln[（E3-E1）k30/k20（E1-E2）] 满足上式要求的T值即为所求的解 简述气固催化反应涉及的过程及相关过程特征。 ①反应物从气流主题扩散到催化剂的外表面（外扩散过程）； ②反应物进一步向催化剂的微孔内扩散进去(内扩散过程)； ③反应物在催化剂的表面被吸附（吸附过程）； ④吸附的反应物转化成反应的生成物（表面反应过程）； ⑤反应生成物从催化剂表面上脱附下来（脱附过程）； ⑥脱附下来的生成物分子从微孔内向外扩散到催化剂外表面处（内扩散过程）； ⑦生成物分子从催化剂外表面处扩散到主流气流中被带走（外扩散过程）。 3. 对气固催化反应A+B→C，作图说明下列情形中初始反应速率(转化率为0)随总压力的变化： (a)机理为催化剂上吸附的A分子和B分子发生反应，表面反应为控制步骤; (b)机理同上，但组分A的吸附为控制步骤; (c)机理同上，但组分C的吸附为控制步骤; 在所有情形中均假定两种反应物摩尔分数相等 4. 图1为n级简单反应在不同反应器中性能比较，从该图中可获得什么样的结论，为什么？ 当转化率很小时反应器性能受流动状况的影响较小，当转化率趋于0时，平推流与全混流的体积比率等于1，而随着转化率的增加，两者体积比率相差就愈来愈显著。由于反应而引起的密度变化影响，与不同流动状况对反应器大小的影响相比，它通常属于较次要的因素。由于反应而引起的密度降低（物料体积膨胀），增加了全混流与平推流的体积比率，也就是说它进一步导致全混斧反应器的效率下降，而由于反应而引起的密度增加出现相反的结果。由此可以得出这样的结论：过程要求进行的程度（转化率）越高，返混的影响也越大，因此，对高转化率的反应宜采用平推流反应器。 6. 7. 讨论：当转化率为0.9时，BR.PFR,CSTR三者的体积相差不大，但BR和PFR体积最小，选用PFR可以省去非生产时间。当转化率为0.8时，三者中同样BR和PFR所需的反应体积小，其中选用PFR可以省略非生产时间。 8. 9. 10. 11. 12.在球形颗粒催化剂上进行一级不可逆反应A→R。气相温度为337 ℃ ，压力为0.1MPa，组分A的摩尔分数为5%，催化剂粒径dp=2.4mm，有效导热系数λ=5.02×10-3J/（s·cm·℃），组分A在颗粒内 的 有效扩散系数De=0.15cm2/s，外部传质系数kg=30cm/s，外部传热系数h=4.18×10-3 J/（s·cm·℃），反应热效应（-ΔH）=48070J/mol，实测表观反应速率（-rA）obs=2.77*10-3mol/cm2s，请回答: (1)外部传质阻力对反应速率有无影响? (2)内部传质阻力对反应速率有无影购? (3)催化剂颗粒内的最大温差为多少? (4)气相主体与催化剂颗粮外表面的温差为多少? 13. 在间歇反应器中A→P 两批反应间隔1h用于卸料、清洗与加料操作，已知反应物A为1000元/批，产物P为2000元/批，cA0=1kmol/m3，问在下述四种情况下应如何确定反应时间： （1）使产物产量最大 （2）使利润最大（不考虑反应物回收） （3）使利润最大(未反应物A可以无条件回收） （4）使利润最大（未反应物A以500元/批成本回收） A R 1 S 2 T 3