化学反应工程第五章习题课.doc

第五章 习题课
1. 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

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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

7. 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

8. 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。
9. 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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