第八章流化床反应工程
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第一章习题1 有一反应在间歇反应器中进行,经过8min 后,反应物转化掉80%,经过18min 后,转化掉90%,求表达此反应的动力学方程式。
解2A A min 18A0min 8A0AA A0d d 219.019.0181)(218.018.081)(11kc tc kc kc x x c kt =-=-⋅==-⋅=-⋅=为假设正确,动力学方程2 在间歇搅拌槽式反应器中,用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯,反应式为:()()()()S R B A O H H COOC CH OH H C COOH CH 2943SO H 94342+−−→−+反应物配比为:A(mol):B(mol)=1:4.97,反应在100℃下进行。
A转化率达50%需要时间为24.6min,辅助生产时间为30min,每天生产2400kg醋酸丁酯(忽略分离损失),计算反应器体积。
混合物密度为750kg·m-3,反应器装填系数为0.75。
解3313111111i 1.2m 0.750.8949总体积反应0.8949m 0.910.9834有效体积反应0.91hr6054.6折合54.6min 3024.6总生产时间hr 0.9834m 750737.5换算成体积流量hr 737.5kg 634.1103.4总投料量hr 634.1kg 744.97724.1B 4.97:1B :A hr 103.4kg 601.724折算成质hr 1.724kmol 0.50.862的投料量A ,则50%转化率hr 0.862kmol 116100hr 100kg 2400/24R 116 74 60 M S R B A ==⨯==+=⋅=+⋅=⨯⨯=⋅=⨯⋅=⋅=⋅=+→+-------器器投料量则量流量产量3 反应(CH 3CO)2O+H 2O →2CH 3COOH 在间歇反应器中15℃下进行。
已知一次加入反应物料50kg ,其中(CH 3CO)2O 的浓度为216mol ·m -3,物料密度为1050kg ·m -3。
第一章习题1有一反应在间歇反应器中进行,经过8min 后,反应物转化掉80%,经过18min 后,转化掉90%,求表达此反应的动力学方程式。
解2A A min 18A0min 8A0AA A0d d 219.019.0181)(218.018.081)(11kc tc kc kc x x c kt =-=-⋅==-⋅=-⋅=为假设正确,动力学方程 2在间歇搅拌槽式反应器中,用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯,反应式为:()()()()S R B A O H H COOC CH OH H C COOH CH 2943SO H 94342+−−→−+反应物配比为:A(mol):B(mol)=1:4.97,反应在100℃下进行。
A 转化率达50%需要时间为24.6min ,辅助生产时间为30min ,每天生产2400kg 醋酸丁酯(忽略分离损失),计算反应器体积。
混合物密度为750kg·m -3,反应器装填系数为0.75。
解3313111111i 1.2m 0.750.8949总体积反应0.8949m 0.910.9834有效体积反应0.91hr6054.6折合54.6min 3024.6总生产时间hr 0.9834m 750737.5换算成体积流量hr 737.5kg 634.1103.4总投料量hr 634.1kg 744.97724.1B 4.97:1B :A hr 103.4kg 601.724折算成质hr 1.724kmol 0.50.862的投料量A ,则50%转化率hr 0.862kmol 116100hr 100kg 2400/24R 116 74 60 M S R B A ==⨯==+=⋅=+⋅=⨯⨯=⋅=⨯⋅=⋅=⋅=+→+-------器器投料量则量流量产量3反应(CH 3CO)2O+H 2O →2CH 3COOH 在间歇反应器中15℃下进行。
已知一次加入反应物料50kg ,其中(CH 3CO)2O 的浓度为216mol·m -3,物料密度为1050kg·m -3。
第八章硫氧化物的污染控制第一节硫循环及硫排放(自学)第二节燃烧前燃料脱硫一、煤炭的固态加工按国外用于发电、冶金、动力的煤质标准,原煤必须经过分选,以除去煤中的矿物质。
目前世界各国广泛采用的选煤工艺仍然是重力分选法。
分选后原煤含硫量降低40~90%.硫的净化效率取决于煤中黄铁矿的硫颗粒大小及无机硫含量。
正在研究的新脱硫方法有浮选法、氧化脱硫法、化学浸出法、化学破碎法、细菌脱硫、微波脱硫、磁力脱硫及溶剂精炼等多种方法,但至今在工业上实际应用的方法为数很少。
煤型固硫是另一条控制二氧化硫污染的经济有效途径。
选用不同煤种,以无粘结剂法或以沥青等为粘结剂,用廉价的钙系固硫剂,经干馏成型或直接压制成型,制得多种煤型。
二、煤炭的转化1.煤的气化煤的气化是指以煤炭为原料,采用空气、氧气、二氧化碳和水蒸气为气化剂,在气化炉内进行煤的气化反应,可以生产出不同组分、不同热值的煤气.煤气化技术总的方向是,气化压力由常压向中高压发展;气化温度向高温发展;气化原料向多样化发展,固态排渣向液态排渣发展。
随着煤气化技术的发展,目前已形成了不同的汽化方法。
按煤在气化炉中的流体力学行为,可分为移动床、流化床、气流床三种方法,均已工业化或已建示范装置。
2.煤的液化煤炭液化是把固体的煤炭通过化学加工过程,使其转化为液体产品(液态烃类燃料,如汽油、柴油等产品或化工原料)的技术。
根据不同的加工路线,煤炭液化可分为直接液化和间接液化两大类。
直接液化是对煤进行高温高压加氢直接得到液体产品的技术,间接液化是先把煤气化转化为合成气,然后再在催化剂作用下合成液体燃料和其他化工产品的技术。
煤炭通过液化将其中的硫等有害元素以及矿物质脱除,产品为洁净燃料。
直接液化比较著名的工艺有:溶剂精炼煤法、供氢溶剂法、氢煤法、德国新工艺、英国的溶剂萃取法和日本的溶剂分解法等。
间接液化的典型工艺是弗—托合成法,又称一氧化碳加氢法。
其主要反应是合成烷烃的反应以及少量合成烯烃的反应。
《化学反应工程》第三版(陈甘堂著)课后习题答案第二章均相反应动力学基础2-4三级气相反应2NO+O22NO2,在30℃及1kgf/cm2下反应,已知反应速率常数2kC=2.65×104L2/(mol2 s),若以rA=kppApB表示,反应速率常数kp应为何值?解:原速率方程rA=dcA2cB=2.65×104cAdt由气体状态方程有cA=代入式(1)2-5考虑反应A课所以kp=2.65×104×(0.08477×303) 3=1.564后当压力单位为kgf/cm2时,R=0.08477,T=303K。
答p p 2rA=2.65×10 A B =2.65×104(RT) 3pApBRT RTp表示的动力学方程。
解:.因,wwnAp=A,微分得RTVdaw案24网pAp,cB=BRTRT3P,其动力学方程为( rA)=dnAn=kA。
试推导:在恒容下以总压VdtVδA=3 1=21dnA1dpA=VdtRTdt代入原动力学方程整理得wdpA=kpAdt设初始原料为纯A,yA0=1,总量为n0=nA0。
反应过程中总摩尔数根据膨胀因子定义δA=n n0nA0 nA若侵犯了您的版权利益,敬请来信通知我们!Y http://.cn.co(1)mol/[L s (kgf/cm2) 3]m(1)则nA=nA01(n n0)δA1(P P0)δA(2)恒容下上式可转换为pA=P0所以将式(2)和式(3)代入式(1)整理得2-6在700℃及3kgf/cm2恒压下发生下列反应:C4H10发生变化,试求下列各项的变化速率。
(1)乙烯分压;(2)H2的物质的量,mol;(3)丁烷的摩尔分数。
解:P=3kgf/cm2,(1)课MC4H10=58,(2)w.krC2H4=2( rC4H10)=2×2.4=4.8kgf/(cm2 s)PC4H10=PyC4H101 dpC4H10= P dt2.4-1==0.8 s 3w(3)nC4H10=nyC4H10=n0(1+δC4H10yC4H10,0xC4H10)yC4H10dnH2dtdnH2dt=hdaw后n0=nC4H10,0=δC4H10rC4H10=反应开始时,系统中含C4H*****kg,当反应完成50%时,丁烷分压以2.4kgf/(cm2 s)的速率dyC4H10dt答1rCH=2.4224wdnC4H10dt案116×1000=2000mol582+1 1==21网dyC4H10=n0(1+δC4H10yC4H10,0xC4H10) dt=2000×(1+2×1×0.5)×0.8=3200 mol/s若侵犯了您的版权利益,敬请来信通知我们!Y http://.cno2C2H4+H2,dP=k[(δA+1)P0 P]=k(3P0 P)dtm(3)dpA1dP= dtδAdt2-9反应APS,( r1)=k1cA , ( r2)=k2cp,已知t=0时,cA=cA0 ,cp0=cS0=0, k1/k2=0.2。
化学反应⼯程常见简答题3.简述⽓固相催化反应的宏观动⼒学步骤?答:整个多相催化反应过程可概括为7个步骤:1、反应组分从流体主体向固体催化剂外表⾯传递;2、反应组分从外表⾯向催化剂内表⾯传递;3、反应产物从催化剂内表⾯向外表⾯传递;4、反应产物从催化剂的外表⾯向流体主体传递。
5.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和宏观动⼒学⽅程,试问如何进⾏?1消除内扩散和外扩散2测定本征动⼒学3在⽆梯度反应器内消除影响后测量6.本征化学反应速度在内外扩散阻⼒完全消除的情况下与宏观化学反应速度有何关系?答:相等。
第三章1.CSTR串联为何好于单个⼤体积的CSTR?是否⼯业上都⽤多个CSTR串联来代替单个CSTR?多釜串联是否串联级数越多越好?答:1.减少返混2.反应级数>0,多釡代替单釜;反应级数<0,则⽤单釜。
3.不是,要从成本和控制上来最终决定。
第四章1,理想流动模型有哪两种类型?其基本假定和特点各是怎样的?答:.平推流流动模型和全混流流动模型。
(1)平推流模型是⼀种假定返混量为零的极限流动模型。
特点:在定态情况下,沿物料流动⽅向,物料的浓度、温度、压⼒、流速等参数会发⽣变化,⽽垂直于流体流动⽅向任⼀截⾯上物料的所有参数都相同。
所有物料质点在反应器中都具有相同的停留时间。
(2)全混流模型假定反应器内物料质点返混程度为⽆穷⼤。
特点:所有空间位置物料的各种参数完全均匀⼀致,⽽且出⼝处物料性质与反应器内完全相同。
第五章请分析影响固定床层压⼒降的因素。
答:影响床层压⼒降的因素可分为⼆类:⼀类来⾃流体,如流体的粘度、密度等物理性质和流体的重量流速;另⼀类来⾃床层,如床层的⾼度、空隙率和颗粒的物理特性如粒度、形状、表⾯粗糙度等。
流体的重量流速对床层压降的影响较⼤,所以在设计和操作时都应该注意流速的改变会引起压降有多⼤的变化。
对于⼀定的催化剂体积,应尽可能降低床层⾼度,加⼤床层直径,即采⽤⼩的⾼径⽐结构,有利于降低床层的压⼒降。
3.简述气固相催化反应的宏观动力学步骤?答:整个多相催化反应过程可概括为7个步骤:1、反应组分从流体主体向固体催化剂外表面传递;2、反应组分从外表面向催化剂内表面传递;3、反应产物从催化剂内表面向外表面传递;4、反应产物从催化剂的外表面向流体主体传递。
5.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和宏观动力学方程,试问如何进行?1消除内扩散和外扩散2测定本征动力学3在无梯度反应器内消除影响后测量6.本征化学反应速度在内外扩散阻力完全消除的情况下与宏观化学反应速度有何关系?答:相等。
第三章1.CSTR串联为何好于单个大体积的CSTR?是否工业上都用多个CSTR串联来代替单个CSTR?多釜串联是否串联级数越多越好?答:1.减少返混2.反应级数>0,多釡代替单釜;反应级数<0,则用单釜。
3.不是,要从成本和控制上来最终决定。
第四章1,理想流动模型有哪两种类型?其基本假定和特点各是怎样的?答:.平推流流动模型和全混流流动模型。
(1)平推流模型是一种假定返混量为零的极限流动模型。
特点:在定态情况下,沿物料流动方向,物料的浓度、温度、压力、流速等参数会发生变化,而垂直于流体流动方向任一截面上物料的所有参数都相同。
所有物料质点在反应器中都具有相同的停留时间。
(2)全混流模型假定反应器内物料质点返混程度为无穷大。
特点:所有空间位置物料的各种参数完全均匀一致,而且出口处物料性质与反应器内完全相同。
第五章请分析影响固定床层压力降的因素。
答:影响床层压力降的因素可分为二类:一类来自流体,如流体的粘度、密度等物理性质和流体的重量流速;另一类来自床层,如床层的高度、空隙率和颗粒的物理特性如粒度、形状、表面粗糙度等。
流体的重量流速对床层压降的影响较大,所以在设计和操作时都应该注意流速的改变会引起压降有多大的变化。
对于一定的催化剂体积,应尽可能降低床层高度,加大床层直径,即采用小的高径比结构,有利于降低床层的压力降。
第八章硫氧化物的污染控制第一节硫循环及硫排放(自学)第二节燃烧前燃料脱硫一、煤炭的固态加工按国外用于发电、冶金、动力的煤质标准,原煤必须经过分选,以除去煤中的矿物质。
目前世界各国广泛采用的选煤工艺仍然是重力分选法。
分选后原煤含硫量降低40~90%。
硫的净化效率取决于煤中黄铁矿的硫颗粒大小及无机硫含量。
正在研究的新脱硫方法有浮选法、氧化脱硫法、化学浸出法、化学破碎法、细菌脱硫、微波脱硫、磁力脱硫及溶剂精炼等多种方法,但至今在工业上实际应用的方法为数很少。
煤型固硫是另一条控制二氧化硫污染的经济有效途径。
选用不同煤种,以无粘结剂法或以沥青等为粘结剂,用廉价的钙系固硫剂,经干馏成型或直接压制成型,制得多种煤型。
二、煤炭的转化1.煤的气化煤的气化是指以煤炭为原料,采用空气、氧气、二氧化碳和水蒸气为气化剂,在气化炉内进行煤的气化反应,可以生产出不同组分、不同热值的煤气。
煤气化技术总的方向是,气化压力由常压向中高压发展;气化温度向高温发展;气化原料向多样化发展,固态排渣向液态排渣发展。
随着煤气化技术的发展,目前已形成了不同的汽化方法。
按煤在气化炉中的流体力学行为,可分为移动床、流化床、气流床三种方法,均已工业化或已建示范装置。
2.煤的液化煤炭液化是把固体的煤炭通过化学加工过程,使其转化为液体产品(液态烃类燃料,如汽油、柴油等产品或化工原料)的技术。
根据不同的加工路线,煤炭液化可分为直接液化和间接液化两大类。
直接液化是对煤进行高温高压加氢直接得到液体产品的技术,间接液化是先把煤气化转化为合成气,然后再在催化剂作用下合成液体燃料和其他化工产品的技术。
煤炭通过液化将其中的硫等有害元素以及矿物质脱除,产品为洁净燃料。
直接液化比较著名的工艺有:溶剂精炼煤法、供氢溶剂法、氢煤法、德国新工艺、英国的溶剂萃取法和日本的溶剂分解法等。
间接液化的典型工艺是弗—托合成法,又称一氧化碳加氢法。
其主要反应是合成烷烃的反应以及少量合成烯烃的反应。
反应工程第一章:1:反应物的化学计量系数为负值,反映产物则为正值。
2:任何反应组分和其化学计量系数之比为反映进度ξ(永远为正值)。
3:转化率X 对应反应物,收率Y 对应反应产物。
4:选择性S :Y=SX 。
5:化学反应器的类型: 管式反应器 釜式反应器 塔式反应器 固定床反应器 流化床反应器 移动床反应器 滴流床反应器 6:化学反应器的操作方式: 间歇操作 连续操作半间歇(半连续)操作 7:反应器设计的基本方程:描述浓度变化的物料衡算式(连续方程) 描述温度变化的能量衡算式(能量方程) 描述压力变化的动量衡算式 描述器内反应速率(动力学方程) 计算某些参数(参数计算式) 8:守恒定律:输入=输出+消耗+积累ξνννννν=-=-=-=---RR R B B B A A A R B A R R B B A A n n n n n n n n n n n n 000000::)(:)(:)(即:ξνi i i n n =-0普遍化:∑==-Mj jij i i n n 10ξν对多个反应:该反应物的起始量某一反应物的转化量=X 0i i n X ξν-=关键组分的起始量反应产物的生成量R A R Y νν=已转化的关键组分量关键组分量生成目的产物所消耗的=S 关键组分的起始量关键组分量生成某一产物所消耗的或:=Y第二章:1:反应速率恒为正值 2:恒容过程:3:流动体系:4:多相反应系统反应速率表示形式:以相界面积定义反应速率: 以催化剂重量定义反应速率:对于采用固体催化剂的反应:5:反应速率方程:基元反应:非基元反应:反应机理未知:幂函数形速率方程:可逆反应:6:正逆反应活化能的关系:r Rr r r RBBAA常数==-=-νννdtdc r A A -=rA A dV dF r -=dtdn V r i i ν1=dtd V r ξ1=dadF r A A-='dWdF r A A -=''Ab A V A r r a r '''ρ==BA BA A c kc r νν=7:可逆放热反应的最佳反应温度:8:复合反应的基本类型:并列反应平行反应浓度高有利于反应级数大的反应温度升高有利于活化能大的反应连串反应9:反应速率方程的变换与积分、第三章:1:釜式反应器特征:反应器内各处温度和浓度均一且与出口一致2:物料衡算式:1:连续釜式反应器:2:间歇釜式反应器:3:等温间歇釜式反应器的计算(单一反应):1:反应时间:2:反应体积:3:反应器体积:4:等温间歇釜式反应器的计算(复合反应):1:平行反应:解:2:连串反应:以目的产物P 的收率最大为优化目标可得最佳反应时间:5:连续釜式反应器的反应体积:6:空时与空速的概念:1:空时:(因次:时间) 2:空速:空速的意义:单位时间单位反应体积所处理的物料量。