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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(jì)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(jì)算時可忽略副反應(yīng)的影響。

參考答案：

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1.問答題 試分析下列說法是否正確：
（1）在一絕熱反應(yīng)器中進(jìn)行無熱效應(yīng)的零級反應(yīng)，其轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)器長度的關(guān)系是線性的。
（2）在一絕熱反應(yīng)器中僅當(dāng)進(jìn)行一級反應(yīng)時，其反應(yīng)溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系才呈線性。
（3）多段絕熱反應(yīng)器最優(yōu)化的結(jié)果是各段的催化劑相等。

參考答案：

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：
若n<0，對上兩個問題是否還能作出肯定性的回答？為什么？

參考答案：若n<0，則反應(yīng)速率按1至3段的順序遞增，第一段凈轉(zhuǎn)化率最小，第三段最大。1-2段間的冷激劑量小于2-3段間的冷激劑量。

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3.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：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？

參考答案：因第一段反應(yīng)量大于第二段反應(yīng)量，所以1-2段間要取出的熱量比2-3段間要取出的熱量大，因而1-2段間需要的冷激量也大于2...

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4.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：哪一段的凈轉(zhuǎn)化率最大？哪一段最??？

參考答案：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。

5.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)為：K=5.74×10¹³exp（-19000/T）s^-1反應(yīng)熱效應(yīng)△Hr=-1796kJ/m²K，萘在釩催化劑內(nèi)的有效擴(kuò)散系數(shù)等于1.2×10^-3cm²/s，若床層的熱點(diǎn)溫度為641K，試計(jì)算熱點(diǎn)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。

參考答案：