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問答題 在充填10m³催化劑的絕熱固定床反應(yīng)器中進(jìn)行甲苯氫解反應(yīng)以生產(chǎn)苯:

式中CT和CH分別為甲苯和氫的濃度,kmol/m³,甲苯轉(zhuǎn)化速率rT的單位為kmol/m³s,反應(yīng)熱效應(yīng)=-49974 J/mol,為簡化計,反應(yīng)氣體可按理想氣體處理,平均定壓熱容為常數(shù),等于4.23J/molK.

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1.問答題 在內(nèi)徑為5.1cm的固定床反應(yīng)器中常壓下進(jìn)行萘氧化反應(yīng):采用直徑為0.318cm的球形釩催化劑,該反應(yīng)可按擬一級反應(yīng)處理,以床層體積為基準(zhǔn)的反應(yīng)速率常數(shù)

溫度為641K,試計算熱點處氣相中萘的濃度.假定外擴(kuò)散的影響可不考慮,副反應(yīng)可忽略.

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2.問答題 在三段絕熱式固定床反應(yīng)器中進(jìn)行n級不可逆反應(yīng),各段的催化劑量相同,且控制進(jìn)入各段的反應(yīng)物料溫度相等.若n>0,試問：
(1)哪一段的凈轉(zhuǎn)化率最大?哪一段最小?
(2)若段間采用冷激方法進(jìn)行降溫,試問第一段與第二段之間和第二段與第三段之間哪處需加入的冷激劑量多?為什么?
(3)若n<0,對問題(1),(2)是否還能作出肯定性的回答?為什么?

參考答案：（1）雖然各段進(jìn)口溫度相等，在催化劑量相同的情況下，凈轉(zhuǎn)化率也按1至3段的順序遞減，第一段最大，第二段次之，第三段最小....

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3.問答題 在一列管式固定床反應(yīng)器中進(jìn)行鄰二甲苯氧化制苯酐反應(yīng),管內(nèi)充填高及直徑均為5mm的園柱形五氧化二釩催化劑,殼方以熔鹽作冷卻劑,熔鹽溫度為370℃,該反應(yīng)的動力學(xué)方程為:
式中PA為鄰二甲苯的分壓Pa,P⁰B為O₂的初始分壓Pa,反應(yīng)熱效應(yīng)△Hr=-1285kJ/mol,反應(yīng)管內(nèi)徑為25mm,原料氣以9200kg/m²h的流速進(jìn)入床層,其中鄰二甲苯為0.9%,空氣為99.1%(mol),混合氣平均分子量子力為29.45,平均熱容為1.072kJ/kgK,床層入口溫度為370℃,床層堆密度為1300kg/m³,床層操作壓力為0.1013Mpa(絕對),總傳熱系數(shù)為69.8w/m²K,試按擬均相一維活塞流模型計算床層軸向溫度分布,并求最終轉(zhuǎn)化率為73.5%時的床層高.計算時可忽略副反應(yīng)的影響.

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4.問答題 在絕熱催化反應(yīng)器中進(jìn)行二氧化硫氧化反應(yīng)，入口溫度為420℃，入口氣體中SO₂濃度為7%（mol）；出口溫度為590℃，出口氣體中SO₂含量為2.1%（mol），在催化劑床層內(nèi)A，B，C三點進(jìn)行測定.
（1）測得A點的溫度為620℃，你認(rèn)為正確嗎？為什么？
（2）測得B點的轉(zhuǎn)化率為80%，你認(rèn)為正確嗎？為什么？
（3）測得C點的轉(zhuǎn)化率為50%，經(jīng)再三檢驗結(jié)果正確無誤，估計一下C點的溫度.

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5.問答題 由直徑為3mm的多孔球形催化劑組成的等溫固定床，在其中進(jìn)行一級不可逆反應(yīng)，基于催化劑顆粒體積計算的反應(yīng)速率常數(shù)為0.8s^-1，有效擴(kuò)散系數(shù)為0.013cm²/s，當(dāng)床層高度為2m時，可達(dá)到所要求的轉(zhuǎn)化率.為了減小床層的壓力降，改用直徑為6mm的球形催化劑，其余條件均不變，流體在床層中流動均為層流，試計算：
（1）催化劑床層高度；
（2）床層壓力降減小的百分率.

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