6.1
、在半径?/p>
R
的球形催化剂上,等温进行气相反应
?/p>
A
B
。试以产?/p>
B
?/p>
浓度
C
B
为纵座标,径向距?/p>
r
为横座标,针对下列三种情况分别绘出产?/p>
B
?/p>
浓度分布示意图?/p>
?/p>
1
?/p>
化学动力学控?/p>
?/p>
2
?/p>
外扩散控?/p>
?/p>
3
?/p>
内、外扩散的影响均不能忽略
图中要示?/p>
C
BG
?/p>
C
BS
?/p>
C
Be
的相对位置,
它们分别为气相主体?/p>
催化剂外表面?/p>
催化剂颗粒中心处
B
的浓度,
C
Be
?/p>
B
的平衡浓度。如以产?/p>
A
的浓?/p>
CA
?/p>
纵座?/p>
,
情况又是如何
?
?/p>
(1)
以产?/p>
B
的浓度为纵座?/p>
(2)
以产?/p>
A
的浓度为纵座?/p>
6.3
某催化剂
,
其真密度?/p>
3.60g/cm3,
颗粒密度?/p>
1.65g/cm3,
比表面积?/p>
100m2/g.
试求该催化剂的孔?/p>
,
孔隙率和平均孔半?/p>
.
?/p>
:
6.13
?/p>
150
?/p>
,
用半?/p>
100
μ
m
的镍催化剂进行气相苯加氢反应
,
由于原料?/p>
氢大量过?/p>
,
可将该反应按一?/p>
(
对苯
)
反应处理
,
在内
,
外扩散影响已消除的情况下
,
测得反应速率常数
k
p
=5min
-1
,
苯在催化剂颗粒中有效扩散系数?/p>
0.2cm
2
/s,
试问
:
(1)
?/p>
0.1Mpa
?/p>
,
要使η
=0.8,
催化剂颗粒的最大直径是多少
?
(2)
改在
2.02Mpa
下操?/p>
,
并假定苯的有效扩散系数与压力成反?/p>
,
重复上问
的计?/p>
.
(3)
改为液相苯加氢反?/p>
,
液态苯在催化剂颗粒中的有效扩散系数
10
-6
cm
2
/s.
而反应速率常数保持不变
,
要使η
=0.8,
求催化剂颗粒的最大直?/p>
.
?/p>
:
用试差法从上二式可解得当η
=0.8
?/p>
,
需
d
p
<6.36cm
(2)2.02Mpa
?/p>
,De
?/p>
0.2
×
0.101/2.02=0.01 cm
2
/s,
与此相对?/p>
:
同上法可求得当?/p>
=0.8
?/p>
,
需
d
p
<1.42cm
(3)
液相反应?/p>
,De=1
×
10
-6
cm
2
/s,
与此相应的φ为
21.51dp,
同上法可?/p>
得当η
=0.8
?/p>
,
需
d
p
<0.0142cm.
6.14
一级不可逆反?/p>
A
B,
在装有球形催化剂的微分固定床反应器中
进行温度?/p>
400
℃等?/p>
,
测得反应物浓度为
0.05kmol/m
3
时的反应速率?/p>
2.5
kmol/m
3
床层?/p>
min
,
该温度下以单位体积床层计的本征速率常数?/p>
k
v
=50s
-1
,
?/p>
层孔隙率?/p>
0.3,A
的有效扩散系数为
0.03cm
2
/s,
假定外扩散阻力可不计
,
试求
:
(1)
反应条件下催化剂的内扩散有效因子
(2)
反应器中所装催化剂颗粒的半?/p>
实验测得
(-R
A
)=0.0417 kmol/s
?/p>
m
3
床层
,
解上二式得?/p>
=0.0167,
可见内扩散影响严?/p>
.
由?/p>
=1/
φ
=1/8.13dp=0.0167,
可解?/p>
dp=7.38cm,
即反应器所装催化剂的颗
粒半径为
3.69cm.
6.15
?/p>
0.10Mpa,530
℃进行丁烷脱氢反?/p>
,
采用直径
5mm
的球形铬铝催?/p>
?/p>
,
此催化剂的物理性质?/p>
:
比表面积
120m
2
/g,
孔容
0.35cm
3
/g,
颗粒密度
1.2g/cm
3
,
曲节因子
3.4.
在上述反应条件下该反应可按一级不可逆反应处?/p>
,
本征反应速率
常数?/p>
0.94cm
3
/gs,
外扩散阻力可忽略
,
试求内扩散有效因?/p>
.
?/p>
:
丁烷分子量为
58,
λ
=10
-5
cm,<ra>=2Vg/Sg=58.3
×
10
-8
cm,
λ
/2<ra>=8.576,
此值与
10
接近
,
故可近似扩散是以奴森扩散为主
: