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1、1催化反应工程-II 习题参考答案9-1. 脉冲示踪实验，示踪剂用量 30 g，流量 1 L/min，测定出口浓度数据如下：t, min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10c(t),g/L 0 0 3 5 6 6 4 3 2 1 0请判断此示踪实验结果是否可靠？如可靠绘出它的 E（t） ，F（t）曲线。解：首先检验数据的可靠性示踪剂注入量 Q=30 g出口检测到的示踪剂总量gtcQi30)(10注入示踪剂与检测示踪剂一致，说明示踪实验数据可靠。用脉冲示踪法所得数据可直接得： tEFtctEii)(,)(数据如下：t, min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10c(t)，g/
2、L 0 0 3 5 6 6 4 3 2 1 0E（t） 0 0 0.100 0.167 0.200 0.200 0.133 0.100 0.067 0.033 0F（t） 0 0 0.050 0.183 0.367 0.567 0.733 0.850 0.933 0.983 1作图。(注明：因数值积分方法不同， E(t)、F(t)的结果可略有差别 )0246810.0.50.10.150.20.25 E(t) t (min) F(t).0.2.30.4.50.6.70.8.91.0.29-2. 试画出下列理想反应器组合的停留时间E（t）和F（t）函数曲线：（1）v1+2v1=3 l/minv2
3、=1 l/minV1=5 lV2=10 l（2）60 l/minV1=60 l V2=60 l（3）设想几种反应器操作，使其与全混釜的E（t）曲线相近解：（1） 平推流与全混釜并联，两种停留时间分布特征各自独立，按流量分率叠加E(t)=v1/(v1+v2) Ep(t)+ v2/(v1+v2)Em(t)=0.2Ep(t)+0.8Em(t)()=0()=22=10 , =11=5 , ppmttEet0)(10（2）平推流与全混釜串联，平推流的作用在于产生停留时间滞后，全混釜控制停留时间分布特征。=1=1 , =2=1 , E(t)0.8t (min)5 10F(t)1t (min)5 100.2
4、3)1(1)(0)(tedtEFmpmpt012345678910.0.1.20.3.40.5.60.7.80.91.E(t) t (min) F(t)（3）以下反应器操作的停留时间分布于全混釜相似 侧线进料活塞流 侧线出料活塞流 不同长度活塞流并联 循环比无穷大的循环反应器9-3. 液液二级均相反应 AB产物，已知 CA0C B0，此反应在平推流反应器中进行，可得转化率为99。今在体积相同的某实际反应器中进行该反应，脉冲示踪测得实际反应器内的停留时间分布数据如下表所示：t (min)0 1 2 3 4 5 6 8 10 15 20 30 41 52 67 80c(t)mol/L0 9 57
5、81 90 90 86 77 67 47 32 15 7 3 1 04进料情况及反应条件均不变。求：（1）用一维轴向扩散模型计算转化率为多少？（2）用多级串釜模型计算转化率为多少？串釜数目为多少？解：计算 5.160tcvQi根据出口浓度变化计算平均停留时间及方差： iitct)( 2222（ tctiiit 2tt c c*t t*c*t t2*c*t (ti-t 平均 )2*c*t0 0 0 0 0 01 9 4.5 2.25 1.125 1093.9232 57 33 49.5 74.25 7026.0683 81 69 172.5 431.25 12746.244 90 85.5 29
6、9.25 1047.375 13555.625 90 90 405 1822.5 12092.616 86 88 484 2662 9871.7828 77 163 1141 7987 13472.7510 67 144 1296 11664 7241.61815 47 285 3562.5 44531.25 3676.12720 32 197.5 3456.25 60484.38 391.828830 15 235 5875 146875 18650.0341 7 121 4295.5 152490.3 45579.5952 3 55 2557.5 118923.8 50857.3167 1
7、 30 1785 106207.5 5652980 0 6.5 477.75 35114.63 21422.3求和 344 662 1607 25859 690316.3 274206.8t 平均 2 2 216.09147 170.6327 0.658978 170.63275由平推流反应器结果可知：(等摩尔进料的双分子反应可视为二级反应)910AAxkC1) 用轴向扩散模型 （返混较大）65.02采用闭式边界： 4.1)1(22 PePee查图得： 9650035.AfAxC2) 多级混合模型 212N查图可得：1-x A0.05 x A=1=0.06=95%（注：查图允许有误差）也可以按
8、串釜计算：相当于1个CSTR+0.52个CSTR（大小釜串联，其 1、 2不同，总停留时间与平推流反应器相同） 2121015.AAkC95.087361201AfAxkC（注：此题注重方法，积分、读图数值允许有一定偏差）10-1. 流化床反应器内径 d t0.152 m ，流化床层高度 L f0.305 m，以单位体积催化剂为基准的气体体积空速为 Fv125 m 3（气体）/（hm 3） （催化剂颗粒） ，催化剂颗粒密度 p2200 kgm 3，气体6密度 g1.2 kg/m3。气体粘度 1.810 5 Pas，床层压降P4000 Pa。试求:（1）气体的表观流速为多少？（2）此流速下催化剂
9、的最小粒径应为多少才能不被气体带出？（假定颗粒不发生团聚）解： 令 f 代表流化床空隙率，根据流化床压降等于单位面积上的床重，有： fpf fgLP1)(将上式代入数据可得： f=0.39气体体积空速是气体体积流量与催化剂体积之比，即： = (1)表观流速为气体体积流量与床层截面积之比，即： 0= 0=(1)=12536000.305(10.39)=6.46103 /下面以 作为带出速度 计算最小颗粒直径utupd3 50 56.5102Re 7.6101.8p pd d 显然， 的值很小，故可采用下述终端速度公式： 18)(2gupt代入数据得：=1801.8105(22001.2)9.8=
10、9.86106 因此催化剂粒径需大于 9.86 微米10-2. 对内径 6 m 的流化床反应器进行分布板设计。要求分布板压降占床层压降 10%。已知：空塔气速（表观气速）u 080 cm/s，临7界床层空隙率 mf0.48，临界床高 L mf3 m，颗粒密度 p2.5 g/cm3，气体密度 g210 3 g/cm3，气体粘度 210 4 g/cms。（1）计算分布板的开孔率；（2）给出单位面积上的孔数与孔径的关系；（3）如采用 0.4 cm 的孔，则孔数为多少？解：床层压降为： 32()(130(1.48)(2510)9(/)pfmffPLgcm分布板上的压降占整个床层压降的 10，则有：分布
11、板压降 )/(9.22cg5430 108.8061Re pfdu查得：当 时，锐孔阻力系数508.4f 6dC气体的过孔流速： )/(3710)1298(6.)2( 2/32/1 scmPgCudor 分布板的开孔率 %16.280床孔 oruQAa分布板上单位面积的孔数 Nor 个/m 2 0275.14370841020 ororororudNu若令孔径 dor 分别为 0.1，0.2，0.3，0.4cm，则由上式可计算出相应的，见下表：Dor /cm 0.1 0.2 0.3 0.4Nor /cm-2 2.75 0.688 0.306 0.172孔径越大，则单位面积上的孔数越少内径 6m 的流化床，若采用 0.4 cm 的孔，则孔数：N=0.172*10 4*3.14/4*dt2=48607（个）
