多相系统中化学反应6

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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A⇔B。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

2、传热系数为117w/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:2/31=J/J=(kρC/h)(S/Pr),又S/Pr1=DHGpscc3−2k=h/ρC=117/0.82.410××=6.09410×ms/=219.4mh/Gsp6.3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:由ρ=ρ(1−ε),得ε=0.542ptpp由=2ε/Sρ,得=65.6Ȧaprpa3由V=ε

3、/ρ=0.542/1.65=0.328cm/g催化剂gpp6.4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:2每毫升颗粒的表面积=ρS=60.8m/mlpg2每毫升床层的表面积=ρS=43.2m/mlbg6.5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,22α=2,(−RA)=kCwAS,kaGm(CAG−CAS)=kCwAS22由上解得:CAS=−(kaGm±kaGm+4kkaCwGmAG

4、)/2kw22按定义η=kC/kCxwASwAG2=−⎡kaGm(1±14+kCwAG/kaGm)/2kCwAG⎤⎣⎦2=(14+Da−1,)此即(6.23)式式中Da=kC/kawAGGm(2)半级反应1/21/2α=1/2,(−RA)=kCwAS,kaCGm(AG−CAS)=kCwAS1/2222由上解得:CAS=−(kw±kw+4kaCGmAG)/2kaGm1/21/2按定义:η=kC/kCxwASwAG2221/2=−(k+k+4kaC)/2kaCwwGmAGGmAG1/22Da12⎛Da2⎞=−+Da+=4⎜1+−Da1

5、+Da/4⎟22⎝2⎠1/2⎡22⎤⎢2+Da2(2+Da)⎥=−−1⎢24⎥⎢⎥⎣⎦1/2⎡⎛⎞⎤2⎢2+Da⎜4⎟⎥=1−1−⎢2⎜222⎟⎥⎢⎣⎜⎝(+Da)⎟⎠⎥⎦−1/2此即(6.24)式式中,:Da=kC/kawAGGm6.6在充填ZnO-Fe2O3催化剂的固床反应器中,进行乙炔水合反应:2CH+3HO→CHCOCH+CO+2H2223322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

6、(-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,C-52-52H2扩散系数7.3×10m/s,气体粘度2.35×10Pa﹒s,床层中气体的质量流速0.2kg/m2s.解:由已知条件可得2G=0.24kgms/⋅−5Re0.0050.24/2.3510=××=51.06(260.03180.97273×+×)3ρ=0.3303kgm/22.4400273(+)0.359j=0.357/(Reε)0.2485=Db−5−5S=2.3510/(0.33037.310)0

7、.9746×××=cGk=j=0.1837/msGD2/3ρ(S)c7⎡−61570⎤k=7.0610exp×=1174.6/lh=0.3263/ls⎢⎣8.314673×⎥⎦−33k=k/ρ=0.203910×mkgs/⋅wp2⎡12⎤2am=π(0.005/)⎢π(0.005)×1600⎥=0.75m⎣6⎦Da=k/ka=0.00148wGm1η==0.9985π1+Da6.7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2.25%(mol)的空气,在反应器内某处测

8、得P=1.06×105Pa,TG=470K,乙烯转化率35.7%,环氧乙烷收率23.2%,已知14CH+O→CHO∆H=−9.6110×JmolCH/2422412426CH+3O→CO+2HO∆H=−1.2510×JmolCH/24222224颗