第六章理想流动反应器习题精讲

1 1 1 1 1 1 tanh(3 ) 3 4.38 tanh(3 4.38) 3 4.38 0.2109
习题-2 铬铝催化剂上进行丁烷脱氢反应
rA kW c A mol.s 1 .g 1
常压773K kW 0.92cm3 / s g
V R C A0 C A C A0 C A ( 2)全混流， 2 V0 ( rA ) f k CA VR 0.005 0.0025 0.5 100 0.0025 2 VR 2 L （4分）
V R C A0 C A C A0 C A (3)全混流，V R 1L, 2 V0 ( rA ) f k CA 0.005 C A 1 0.5 100 C A 2 C A 0.0030901 mol / L C A C A0 (1 x A ) 0.0030901 x A 0.382 38 .2%
De Vg p DK / 2.38 10 -3 p cm2 /s
p
k k w p 0.92 p s 1

Vs Ss 0.92 p k k 0 .8 L ( )1/ 2 7.86 De De 2 2.38 10 3 p

1 1 1 1 1 1 tanh(3 ) 3 7.86 tanh(3 7.86 ) 3 7.86 0.127
(rA ) 2 0.025C A 0.05C A mol /(m 3 . min) k 0.05 min 1 （1分） VR 1 33.33 min t V0 1.8 / 60
t2 272 .22 2 2 0.245 （1分） 2 33.33 (t ) (1)多级混合槽模型 1 2 0.245, N 4.081 N 一级不可逆反应 CA 25 CA 6.181mol / m 3 k 0.05 33.33 4.081 (1 ) N (1 ) N 4.081 (2)平推流模型
B C A xA CB C A xA ( A )
0 0 0
（3分）
C A0 CA
C A0 dC C A0 dC VR 1 A A (1)活塞流， C A (r ) C A k C2 V0 k CA A A
1 1 k CA k CA0
1 1 1 2 ( ) 100 C A 0.005 C A 0.0025 mol / L x A 0.5 50% （4分）
习题-1
在硅铝催化剂上，粗柴油催化裂化反应可认为是一级反应。在温 度630℃时，常压裂解反应的本征动力学方程为：
(rA ) 7.99 10 p A
式中，pA为柴油的分压，kPa
7
mol /(s.cm )
3
采用的催化剂是直径为0.3cm的球体。粗柴油的有效扩散系 数De=7.82×10-4 cm2/s。试计算催化反应的效率因子。
Vg 0.35cm3 /g ra 48 1010 m
2.5
2L=0.8cm 试计算内扩散有效因子。
解：
1.013 p 105 cm
105 10.4 10 8 2ra 2 48 10

DK 9700(48 108 )( 775 / 58)1 / 2 1.7 102 cm2 /s
解
C A0 p A / RT (rA ) 7.99 10 7 RTC A 则k 7.99 10 7 8314 (273 630 ) 6.0 s 1 f (C A ) C A , f (C AS ) 1 R 3 k 0.15 6 (C As ) f 4.38 4 De 3 7.82 10
11.1 11.1 ) (1 1.265 ) 2 exp( 1.265 ) 2 2
例2 反应A+B→R+S，已知 V 1L，物料进料速率 C C 0.005mol/L动力学方程式 V0 0.5L/min， 为 (rA ) kCACB ，其中k 100L/(mol.min)。试 求： （1）反应在平推流反应器中进行时出口转化率为多 少？ （2）欲用全混流反应器得到相同的出口转化率，反 应体积应多大？ （3）若全混流反应器=1L，可达到的转化率为多少？
2 （
Pe 11 .1
1 4k 1 4 0.05 33.33 / Pe ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 1.265
P C A0 4 exp( e ) 2 CA P P (1 ) 2 exp( e ) (1 ) 2 exp( e ) 2 2 5.665 mol / m 3 25 4 1.265 exp( (1 1.265 ) 2 exp(1.265 11.1 ) 2
习题-4
常压下正丁烷在镍铝催化剂上进行脱氢反应，反应为一级 不可逆。在500℃反应速度常数为k=0.94cm3/s.g(cat),若 采用直径为0.32cm的圆球形催化剂，其平均孔径为 d0=1.1×10-8 m.孔容为0.35cm3/g,孔隙率为0.36，曲折因 子为2.0。试求催化剂的效率因子
0
（4分）
C A C A0 exp( k ) 25 exp( 0.05 33.33) 4.723 mol / m 3
（5分）
(3)全混流模型

C A0 C A ( rA ) f C A0

C A0 C A k CA （5分）
CA
25 9.3756 mol / m 3 1 k 1 0.05 33 .33 ( 4)轴向扩散模型 2 2 ) 2( ) 2 0.245 Pe Pe
t
1 在一反应器中进行2A→D+C恒温恒容反应。已知 CA0=25mol/m3，分解动力学方程为r =0.025CA mol /(m3.min)。该反应器有效容积VR=1m3，送 入液体的流量为1.8m3/h，进行脉冲示踪法测得 =33.33min，δt2=272.22min2。请分别用： (1)多级混合槽模型；（2）平推流模型；（3）全混 流模型；(4)轴向扩散模型。 计算出口物料中A组分的浓度(轴向扩散模型只用开开式条件)。
习题-3
某催化反应在500℃下进行，已知本征动力学方程:
(rA ) 7.3 10
7
pA
2
mol / s.g (cat)
式中pA的单位是kPa,若催化剂是直径和高度均为5mm的原 3 柱体， P 0.8g / cm 密度，粒子外表面处反应物A的分压， 气体在粒子内的有效扩散系数De=0.025cm2/s。试计算催 化剂的效率因子。(0.2016)
R
A0
B0
VR 1 2 min V0 0.5 C A0 C B0 , A B 1 C A C A0 C A0 x A ; C B C B0 C A C B C A0 (1 x A )
2 ( rA ) k CA C B k CA