?P??PVg?0.36?1.029g?cm?30.35?1?S????R3kV0.16?De33?0.88590.9673?0.88590.003506?3?0.8859
kV?k?P?0.94?1.029?0.9673sDK?4850?d0?0.01948cm2s?1De?DK?PT773.15?4850?1.1?10?6?M581?e?e1??3?0.8859?3?0.8859?0.8859?e?e3?0.8859??????0.01948?0.36?0.003506cm2s?121?14.2634?0.07011????0.8859?14.2634?0.07012.6577??0.70525. 某一级不可逆催化反应在球形催化剂上进行，已知De=10-3cm2s-1，反应速率常数k=0.1s-1，若要消除内扩散影响，试估算球形催化剂的最大直径。
解
消除内扩散影响,要求?S?0.3R?S?36.
kVDeR0.10.3?310?3R?0.09D?0.18cm某催化反应在500℃条件下进行，已知反应速率为： ?rA=3.8╳10-9pA2 mol·s-1gcat-1
式中pA的单位为kPa，颗粒为圆柱形，高╳直径为5╳5mm，颗粒密度ρP=0.8g·cm-3，粒子表面分压为10.133kPa，粒子内A组分的有效扩散系数为De=0.025cm2s-1，试计算催化剂的效率因子。
解
2?rA?3.8?10?9pA?1mol?s?1gcatpA:kPa?1The unit of k:kPa?2mol?s?1gcatpA?cARTkPacA:kmol?m-322?rA?kVcAmol-1?m3s?1kV?3.8?10?9??8.314?773.15??800?kPa?2?1mol?s?1gcatkJ?kmol?1K?1K??kV?125.6kPa?2kmol?1?s?1kJ2m?3kV?125.6kmol?1s?1m3??kg?m??125.6?kJ?m?kmol2?3-3?2?1?s?1kJ2m?3pAS10.133??0.001576kmol?m?3RT8.314?773.15VSkV2.52?π?5125.6?2?0.001576??S?f?cAS???1.2515.84?4.97SSDeπ?5?50.025 cAS???7.
1?S?1?0.2014.97某相对分子质量为225的油品在硅铝催化剂上裂解，反应温度为630℃、压力为101.33kPa，催化剂为球形，直径0.176cm，密度0.95g·cm-3，比表面积为338m2g-1，空隙率εP=0.46，导热系数为3.6╳10-4J·s-1cm-1K-1；测得实际反应速率常数kV=6.33s-1；反应物在催化剂外表面处的浓度cAS=1.35╳10-5mol·cm-3；反应热ΔH=1.6╳105J·mol-1；活化能E=1.6╳105J·mol-1；扩散过程属于克努森扩散，曲折因子为τ=3，试求催化剂的效率因子和颗粒内最大温差。
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解
d0?4VgSg?4?P4?0.46??5.730?10?7cm4?PSg0.95?338?10T903?4850?5.73?10?7?M255
DK?4850?d0?0.005230cm2s?1De?DK?Tmax?P0.46?0.00523??8.02?10?4cm2s?1温差不大,按等温计算有效因子 ?3De(??HR)c?8.02?10?4?1.6?105?1.35?10?5??TS????4.812K?e3.6?10?4AS?S?R3kV0.5?0.1766.33??2.606De38.02?10?4
?1?e3?2.606?e?3?2.6061?????3?2.606?3?2.606?2.606?e?e3?2.606??1?2485?0.0004021????2.606?2485?0.0004027.818??0.3346?8.
实验室中欲测取某气固相催化反应动力学，该动力学方程包括本征动力学与宏观动力学方程，试问如何进行？
答
第一步必须确定消除内、外扩散的颗粒粒度及气流速度和装置；第二步测定本征动力学；第三步在循环反应器中测定原颗粒的宏观动力学。 9. 答 定义式
什么是宏观反应速率的定义式？什么是宏观反应速率的计算式？两者有何异同？
??RA???0VS??rA?dVS 计算式 ?RA=η (?rAS)
?VS0dVS两者都反映了宏观反应速率与本征反应速率之间的关系。颗粒内实际反应速率受颗粒内浓度、温度分布影响，用定义式是难于计算的。计算式将过程概括为颗粒表面反应速率与效率因子的关系，而效率因子通过颗粒内扩散及浓度、温度分布的规律是可以计算的，从而得到总体颗粒的宏观速率。 第六章习题 1.
在一总长为4m的填充床中，气体以2500kg·m-2hr-1的质量流率通过床层。床层体安装直径为3mm的球形催化剂颗粒，空隙率为0.45，气体密度为2.9kg·m-3，其粘度为1.8╳10-5kg·m-1s-1。求床层的压降。
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25003600?210 Rem???5?g?1??B?1.8?10?1?0.45?dSum?g3?10?3?Ergun方程
2?g?1??B??150?um?p??L3?Re?1.75??d?B?m?S?2500????2.9?1?0.45??4?3296Pa150??3600?2.9??p???1.75???33?100.453?210?22. 不可逆反应2A+B→R，若按均相反应进行，其动力学方程为： ?rA=3.8×10-3pA2pB mol·L-1hr-1 在催化剂存在下，其动力学方程为：
210?2pApB?rA?256.3?22.1pA?3.64pR?1
mol?hr?1gcat若反应在101.33kPa下恒温操作，进料组分中pA=5.07kPa，pB=96.26kPa，催化剂的堆积密度为0.6g·cm-3。试求在一维拟均相反应气中为保证出口气体中A的转化率为93%，两种反应器所需的容积比。（式中，p的单位为kPa） 解 ?A?1?1?2??12p?1?xA?pA?A0?1??AxA?pB?pR?pB0?0.5pA0xA?1??AxA??A?yA0?A??0.05pA?5.07?1?xA?101.4?1?xA???1?0.05xA??20?xA?96.26?0.5?5.07xA50.7?38?xA???1?0.05xA??20?xA?
pB?pR??1??AxA?0.5pA0xA0.5?5.07xAxA?0.1267?1?0.05xA??20?xA?均相反应
0.93dxVRA??0FA0?rA?101.4?1?xA???rA?3.8?10ppB?3.8?10????20?x???A???32A?32?50.7?38?xA?????20?x???A??
?1980.9?1?xA?2?38?xA??20?xA?330.93dx0.93?20?x?dx0.93VRAAA???5.048?10?4???f?xA?dxA200FA0?rA?1?xA??38?xA?0数值积分（辛普生法）
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xAf?xA?0.61220.20210.50.72141.50.1256.70.84756.60.2320.90.918781.30.3413.90.9123156.70.4556.30.9228621.10.5790.90.9338180.0?0.90f?xA?dx?0.1?210.5?18781.3?4??256.7?3?413.9?790.9?2141.5?????4756.6???2??320.9?556.3?1220.2???1570.4?0.930.9f?xA?dx?0.013?18781.3?38180.0?4?23156.7?2?28621.1??689.4 VRF?0.93dxA?5.048?10?40.93?20?x3A?dxA2A0?0?rA?0?1?xA??38?xA??5.048?10?4?1570.4?689.4??1.1408m3hr?kmol?1催化反应
W0.93dxF?A0?A0?rA?r10?2p2ApBA?56.3?22.1p2A?3.64pR210?2???101.4?1?xA????50.7?x??38A???r??20?xA???????20?xA????A?56.3?22.1?2?101.4??1?x??A??20?x?????3.64?50.7xA?????20?xA??A??10?2?521295??1?x?2?A?38?x??A?20????xA??20?x??A??256.3?227231??1?x??A?x?20?xA??184.5A??20?xA?W0.93dxF?100A0?A0?rA??56.1?xA?2?x??0.93?3?227231?????20?xA??184.5A????20?x?20?xA?3A???05212.95?1?x?2A?38?xdxAA???0.930g?xA?dxA 38
xA00.10.20.30.40.5g?xA?25.2425.7326.4327.4929.1631.95g?xA?dx?0.60.70.80.90.910.920.9337.1648.4280.95256.82311.86388.82501.09?0.900.1?25.24?256.82?4??25.73?27.49?31.95?2141.5???????38.79??2?26.43?29.16?37.16?80.953?????0.930.9g?xA?dx?0.01?256.82?501.09?4?311.86?2?388.82??9.2830.930g?xA?dxkgcathr?kmol?1m3hr?kmol?148.07?0.08011600
?38.79?9.28?48.07?VR?catFA0?VR1.1408??14.24?VR?cat0.08011
3. 在铝催化剂上进行乙腈的合成反应 C2H2+NH3→CH3CN+H2+92.14kJ (A) (B) (R) (S)
设原料气的体积比为C2H2:NH3:H2=1:2.2:1。采用三段绝热式反应器，段间间接冷却，使各段出口温度均为550℃，每段入口温度也相同，其反应动力学方程可近似表示为：
??7960??rA?3.08?104exp???1?xA??T?量。 解
?1 kmol?hr?1gcat流体的平均热容CP=128J·mol-1K-1。若要求乙腈的转化率为92%，且日产乙腈20吨，求各段的催化剂
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