6.多相系统中的化学反应与传递现象

《6.多相系统中的化学反应与传递现象》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、6.多相系统中的化学反应与传递现象6.1、在半径为R的球形催化剂上，等温进行气相反应。试以产物B的浓度CB为纵座标，径向距离r为横座标，针对下列三种情况分别绘出产物B的浓度分布示意图。（1）（1）  化学动力学控制（2）（2）  外扩散控制（3）（3）  内、外扩散的影响均不能忽略图中要示出CBG，CBS及CBe的相对位置，它们分别为气相主体、催化剂外表面、催化剂颗粒中心处B的浓度，CBe是B的平衡浓度。如以产物A的浓度CA为纵座标,情况又是如何?解(1)以产物B的浓度为纵座标(2)以产物A的浓度为纵座标6.2已知催化剂颗粒外表面的气膜传热系数为117w/

2、m2K,气体的密度和热容分别为0.8kg/m3和2.4J/kgK,试估算气膜的传质系数.解:6.3某催化剂,其真密度为3.60g/cm3,颗粒密度为1.65g/cm3,比表面积为100m2/g.试求该催化剂的孔容,孔隙率和平均孔半径.解: 6.4已知铁催化剂的堆密度为2.7g/cm3,颗粒密度为3.8g/cm3,比表面积为16m2/g,试求每毫升颗粒和每毫升床层的催化剂表面积.解: 6.5试推导二级反应和半级反应的扩散有效因子表达式(6.23)和(6.24).解:(1)二级反应,(2)半级反应 6.6在充填ZnO-Fe2O3催化剂的固床反应器中,进行乙炔水

3、合反应:已知床层某处的压力和温度分别为0.10Mpa,400℃,气相中C2H2含量为3%(mol),该反应速率方程为r=kCA,式中CA为C2H2的浓度,速率常数k=7.06×107exp(-61570/RT),h-1,试求该处的外扩散有效因子.数据:催化剂颗粒直径0.5cm,颗粒密度1.6g/cm3,C2H2扩散系数7.3×10-5m2/s,气体粘度2.35×10-5Pa﹒s,床层中气体的质量流速0.2kg/m2s.解:由已知条件可得 6.7实验室管式反应器的内径2.1cm,长80cm,内装直径6.35mm的银催化剂进行乙烯氧化反应,原料气为含乙烯2.2

4、5%(mol)的空气,在反应器内某处测得P=1.06×105Pa,TG=470K,乙烯转化率35.7%,环氧乙烷收率23.2%,已知颗粒外表面对气相主体的传热系数为58.3w/m2K,颗粒密度为1.89g/cm3.设乙烯氧化的反应速率为1.02×10-2kmol/kg﹒h,试求该处催化剂外表面与气流主体间的温度差.解: 6.8一级连串反应:在0.1Mpa及360℃下进行,已知k1=4.368s-1,k2=0.417s-1,催化剂颗粒密度为1.3g/cm3,(kGam)A和(kGam)B均为20cm3/g﹒s.试求当CBG/CAG=0.4时目的产物B的瞬时选

5、择性和外扩散不发生影响时的瞬时选择性.解:外扩散无影响时,由(6.35)式得:外扩散有影响时,由(6.34)式得:上式中所用的  6.9在Pt/Al2O3催化剂上于200℃用空气进行微量一氧化碳反应,已知催化剂的孔容为0.3cm3/g,比表面积为200m2/g,颗粒密度为1.2g/cm3,曲节因子为3.7.CO-空气二元系统中CO的正常扩散系数为0.192cm2/s.试求CO在该催化剂颗粒中的有效扩散系数. 6.10试推导球形催化剂的内扩散有效因子表达式(6.60).解:用以上各式对教材中(6.55)式进行变量置换得:(A)(A)(A) 式为二阶常系数齐次

6、微分方程,边界条件:r=0du/dr=0;r=Rpu=CASRp(B)结合边界条件(B)式解(A)得:有内扩散影响时的反应速率为:按内扩散有效因子的定义:(F)即为教材(6.60)式,(E)式是(6.60)的又一形式. 6.11在球形催化剂上进行气体A的分解反应,该反应为一级不可逆放热反应.已知颗粒直径为0.3cm,气体在颗粒中有效扩散系数为4.5×10-5m2/h,颗粒外表面气膜传热系数为44.72w/m2﹒K,气膜传质系数为310m/h,反应热效应为-162kJ/mol,气相主体A的浓度为0.20mol/l,实验测得A的表观反应速率为1.67mol/m

7、inl,试估算：（１）（１）外扩散阻力对反应速率的影响；（２）（２）内扩散阻力对反应速率的影响；（３）（３）外表面与气相主体间的温度差．解：　(3)计算外表面与气相主体间温度差⊿Ｔm： 6.12在固体催化剂上进行一级不可逆反应已知反应速率常数k,催化剂外表面积对气相的传质系数为kGam,内扩散有效因子η.CAG为气相主体中组分A的浓度.(1)试推导:(2)若反应式(A)改为一级可逆反应则相应的(B)式如何?解:(1)一级不可逆反应AB:(2)一级可逆反应 6.13在150℃,用半径100μm的镍催化剂进行气相苯加氢反应,由于原料中氢大量过剩,可将该反应按一

8、级(对苯)反应处理,在内,外扩散影响已消除的情况下,测得反应速率常