习题5-6

2020/8/301作业习题讲解陈纪忠[e-mail]2020/8/302第5章催化剂与催化反应动力学2020/8/3035-1题•某在-195.8℃下以N2吸附法测得其吸附量如下：•已经N2在该温度下的蒸汽压为1atm，求催化剂的比表面积。压力p/mmHg吸附量v/cm3（标准状态）压力p/mmHg吸附量v/cm3（标准状态）667285215251276202301401704302772301975053352020/8/304•BET方程)195(1100CpVpCCVppVpmm00ppppVpCVCm1CVm12020/8/3055-1题：吸附数据转化为：压力p/mmHg吸附量v/cm3（标准状态）p/p0p/v(p0-p)6677.89E-031.19E-04251273.29E-022.68E-041401701.84E-011.33E-032301973.03E-012.20E-032852153.75E-012.79E-033202304.21E-013.16E-034302775.66E-014.70E-035053356.64E-015.91E-032020/8/306对p/v(p0-p)对p/p0作图：y=0.0086x-0.0002×Vm=134.77cm3Sg=572.27m2/gVm=140.06cm3Sg=594.71m2/gBET公式计算比表面积的时候，p/p0的范围建议为0.05-0.35式5-21Sg=4.25vm，vm的单位为cm3，得到的Sg的单位为m2/g2020/8/3085－2题•乙炔与氯化氢在HgCl2－活性炭催化剂上合成氯乙烯的反应：（A）（B）（C）其动力学方程式可有如下种种形式：试说明各式所代表的反应机理和步骤。ClHCHClHC3222)1/()4()1/((3))1)(1/()2()1/()/()1(CCBBBABBBAABAAAACCBBBABA2CCBBAACBApKpKppkKrpKpKppkKrpKpKpKppKkKrpKpKpKKpppkr2020/8/3095－2题（1）2)1/()/(CCBBAACBApKpKpKKpppkrAABBCBACC2020/8/30105－2题（2）11AA22BB1221CBA22CC)1)(1/(AACCBBBABApKpKpKppKkKr2020/8/30115－2题（3）)1/(BBAABAApKpKppkKrAABBCBA2020/8/30125－2题（4）BBCBACC)1/(CCBBBABpKpKppkKr2020/8/30135-3题•在510℃进行异丙苯的催化分解反应C6H5CH(CH3)2≒C6H6+C3H6(A)(R)(S)测得总压p与初反应速率r0的关系如下：如反应属于单活性点的机理，试写出反应机理式及判断其控制步骤。r0/[mol/(h.g催化剂)]4.36.57.17.58.1p/atm0.982.624.276.9214.182020/8/3014以p对ro作图参考图5-9初步定为表面反应控制2020/8/3015⑴反应属于单活性点机理⑵表面反应控制假设如下反应机理：SRAAA验证•根据假设的反应机理，写出动力学方程：1110102121211111111111111)(kPKkPKkPKrPKPKkrPKPPkPKkPKPPkPKPKkrPKPKPKPKPKPPkkrrAAAAAAAAAAAASRAAAASRAAAAAAAAAAVAAAAAVSRAA速率逆反应可略，则初反应初期生成物还很少，故代入，得到故以1/r0对1/PA作图是一直线。（此时PA即P）2020/8/3017故以1/r0对1/PA作图是一直线。（此时PA即P）假设合理2020/8/30185－3题1112ApxxpxxxyxppAAAAAAAAAAA11111)1(000同理pxxppAASR1假设：总压不变，且PA0=P0=P(PR0=PS0)2020/8/3019将个P值代入题中推导得出的动力学方程式中，并简化得：bparpf0,5－4题在Pd-Al2O3催化剂上用乙烯合成醋酸乙烯的反应为：实验测得的初速率数据如下：115℃，pAcOH=200mmHg,pO2=92mmHg如反应机理设想为：试写出反应速率并检验上述部分数据能与之符合否？OHHCOOCCHOCOOHCHHC2323234221pC2H4(mmHg)70100195247315465r0*105(mol/hr.g催化剂）3.94.46.06.67.255.4OHOHOAcHCOAcHCOHOAcHCOOAcHHCOOOAcHHCHCAcOHHCHCAcOHAcOH22323223242242424242222020/8/30215－4题假设：C2H4：ACH3COOH：BO2：CHC2H4OAc：DCH3COOC2H5：EH2O：F2020/8/3022AAApKBBBpKCCCpKBABASDppKKK1EEEpKFFFpKFFEEBABASCCBBAApKpKppKKKpKpKpK1112020/8/3023)1(1122FFEEBABASCCBBAACCBABASSCDSPKpKppKKKpKpKpKpKppKKKKKr21120])()1[()(ABBASACCBBACCBBASSppKKKKpKpKPpKpKKKKr2'3'22321)()(AAAApKKppKKpKAApKKrp'3'20线性关系？2020/8/30245－7题异丙苯在催化剂上裂解而生成苯，如催化剂为微球状，dp=0.40cm，ρp=1.06g/cm3，εp＝0.52，Sg＝350m2/g，求在500℃，0.1MPa时，异丙苯的微孔中的有效扩散系数。设已知微孔的曲折因子τ＝3,异丙苯－苯的分子扩散系数为0.155cm2/s。scmMTSDpgpK240069.012027350006.11035052.019400/19400scmDDDKAB200661.00069.0/1155.0/11/1/11scmDDpe2001145.0300661.052.02020/8/30255－8题兹有直径为0.2cm高0.2cm，及直径为0.8cm高为0.8cm的两种催化剂颗粒分别在等温的管中进行测试，填充体积为150cm3，床层空隙率为0.40，所用反应气流量均为3cm3/s，颗粒空隙率均为0.35，迷宫因子0.20，反应为一级不可逆，对直径为0.2cm催化剂，达到的转化率为66%，而对直径为0.8cm的催化剂，则为30%，如气体密度不变，求：⑴这两种床层催化剂有效系数是多少？⑵气体真实的扩散系数为多少？P143：要确定出某一种粒度催化剂的有效系数，可有下列三种方法：②如只用两粒径（R1，R2）的颗粒，则在分别测定其反应速率（rp1，rp2）后，根据R1/R2=Φ1/Φ2和rp1/rp2＝η1/η2的关系，便可利用图5-13上的相应曲线来找出(η1/η2)的关系。也可以先假定一个η值，利用图5-12及式5-119反应计算拟合亦可。2020/8/30265－8题AfAfxAfvAAAxAApxkxCkxCrxC00v00011ln11ddpeDDsss1tanh13（5-116）e1msvSDCkR（5-103）2020/8/30275－8题（1）设等比表面当量球半径为Rp1，Rp2RRRRRRRRRppp3322223442232Rp1=R1=0.2/2=0.1cmRp2=R2=0.8/2=0.4cm25.04.01.021ppRR2020/8/3028一级反应催化剂有效系数与浓度无关，分别设为1，2AfAfxAfvAAAxAApxkxCkxCrxC00v00011ln11dd式中均以催化剂粒子体积为基准。pp,r2020/8/3029357.03.011ln079.166.011ln21vpvpkk25.002.3212121ppRR2020/8/3030（a）根据式（5-116）计算•用试差法或近似计算法求得sss1tanh13（5-116）16.1329.3211.0637.021212020/8/3031(b)图解法在图5-12上进行试差，例如设1＝0.65，则2＝0.215，图上查得1=3.0，2=12，1/2=0.25，所设合理。120.3215.065.02121得到2020/8/3032•以上两种计算均是将圆柱粒子化作当量球形粒子求解。同样也可以用片状粒子的曲线（图5-12）或式（5-116）、（5-117）求解。2020/8/30335－8题（2）1079.1pvk2357.0pvk（或）sec3036.015010vvRpskv11065.5637.030079.122020/8/3034由式（5-103）scmDDscmkRDpevpe2552522221211098.235.01022.52.01022.529.31065.51.02020/8/3035第六章固定床反应器2020/8/30366－1题L=4m,ds=dp=3mm=310-3m，εB=0.45，G=25000kg/m2hr=6.94kg/m2s=1.810-5Pas=1.810-5kg/ms求压降P公式75.115012eMBBsmgRLduP当ReM1000，式（6.2—13）可简化为75.112BBsmgLduP21mgBbsudLP2020/8/3037（1）假定常压操作，令=1.25kg/m2又G=umggg23BbseMG1dL75.1R150PΔReM===21041000BpGd145.01108.194.61035338若用简化公式25.194.645.055.0103475.12104150233P=5.53kg/cm2=5.76kg/cm25.1294.045.055.0103475.1233P=542639N/m2=564707.5N/m2在常压下操作P太大，不合理。2020/8/3039若在高压下操作，例如P=1MPa,则可设＝12.5kg/m2g则5.1294.645.055.0103475.1233P＝54263.88N/m2＝0.55kg/cm2此值可能更合理些406-5题•实验数据xA00.20.40.60.80.920.99(-1/rA)10-60.17450.20350.