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問答題 乙苯脫氫反應(yīng)在直徑為0.4cm的球形催化劑上進行,反應(yīng)條件是0.10Mpa,600℃,原料氣為乙苯和水蒸汽的混合物,二者摩爾比為1:9,假定該反應(yīng)可按擬一級反應(yīng)處理,

(1)當(dāng)催化劑的孔徑足夠大,孔內(nèi)擴散屬于正常擴散,擴散系數(shù)D’=1.5×10^-5m²/s,試計算內(nèi)擴散有效因子.
(2)當(dāng)催化劑的平均孔徑為100Å時,重新計算內(nèi)擴散有效因子.
已知:催化劑顆粒密度為1.45g/cm³,孔率為0.35,曲節(jié)因子為3.0.

參考答案：

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1.問答題 在V₂O₅/SiO₂催化劑上進行萘氧化制苯酐的反應(yīng),反應(yīng)在1.013×10⁵Pa和350℃下進行,萘-空氣混合氣體中萘的含量為0.10%(mol),反應(yīng)速率式為:

式中PA為萘的分壓,Pa.已知催化劑顆粒密度為1.3g/cm³,顆粒直徑為0.5cm,試計算萘氧化率為80%時萘的轉(zhuǎn)化速率(假定外擴散阻力可忽略),有效擴散系數(shù)等于3×10^-3cm²/s.

參考答案：

2.問答題在固定床反應(yīng)器中等溫進行一級不可逆反應(yīng)，床內(nèi)填充直徑為6mm的球形催化劑，反應(yīng)組分在其中的擴散系數(shù)為0.02cm²/s，在操作溫度下，反應(yīng)式速率常數(shù)等于0.01min^-1，有人建議改有3mm的球形催化劑以提高產(chǎn)量，你認(rèn)為采用此建議能否增產(chǎn)？增產(chǎn)幅度有多大？假定催化劑的物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)均不隨顆粒大小而改變，并且改換粒度后仍保持同一溫度操作.

參考答案：

故采用此建議產(chǎn)量的增加是很有限的.

3.問答題在150℃,用半徑100μm的鎳催化劑進行氣相苯加氫反應(yīng),由于原料中氫大量過剩,可將該反應(yīng)按一級(對苯)反應(yīng)處理,在內(nèi),外擴散影響已消除的情況下,測得反應(yīng)速率常數(shù)kp=5min^-1, 苯在催化劑顆粒中有效擴散系數(shù)為0.2cm²/s,試問: (1)在0.1Mpa下,要使η=0.8,催化劑顆粒的最大直徑是多少? (2)改在2.02Mpa下操作,并假定苯的有效擴散系數(shù)與壓力成反比,重復(fù)上問的計算. (3)改為液相苯加氫反應(yīng),液態(tài)苯在催化劑顆粒中的有效擴散系數(shù)10^-5cm²/s.而反應(yīng)速率常數(shù)保持不變,要使η=0.8,求催化劑顆粒的最大直徑.

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4.問答題在球形催化劑上進行氣體A的分解反應(yīng),該反應(yīng)為一級不可逆放熱反應(yīng).已知顆粒直徑為0.3cm,氣體在顆粒中有效擴散系數(shù)為4.5×10^-5m²/h,顆粒外表面氣膜傳熱系數(shù)為44.72w/m²﹒K,氣膜傳質(zhì)系數(shù)為310m/h,反應(yīng)熱效應(yīng)為-162kJ/mol,氣相主體A的濃度為0.20mol/l,實驗測得A的表觀反應(yīng)速率為1.67mol/minl, 試估算：（1）外擴散阻力對反應(yīng)速率的影響；（2）內(nèi)擴散阻力對反應(yīng)速率的影響；（3）外表面與氣相主體間的溫度差．

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5.問答題 在Pt/Al₂O₃催化劑上于200℃用空氣進行微量一氧化碳反應(yīng),已知催化劑的孔容為0.3cm³/g,比表面積為200m²/g,顆粒密度為1.2g/cm³,曲節(jié)因子為3.7.CO-空氣二元系統(tǒng)中CO的正常擴散系數(shù)為0.192cm²/s.試求CO在該催化劑顆粒中的有效擴散系數(shù).

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