第五章 习题课
1. 异丙苯在催化剂上脱烷基生成苯，如催化剂为球形，密度为ρP =1.06kg·m -3，空隙率
εP =0.52，比表面积为S g =350m 2g -1，求在500℃和101.33kPa ，异丙苯在微孔中的有效扩散系数，设催化剂的曲折因子τ=3，异丙苯?苯的分子扩散系数D AB =0.155cm 2s -1。
解
1
233
P e 1
233K AB 1
2370
K 93P g P V g
0s cm 10145.13
10608.652.0s cm 10608.610902.61155.011111s cm 10902.612015.27350010606.548504850m 10606.51060
1035052.0444----------?=??==?=?+=+=?=+??==?=???===τερεD D D D D M T d D S S V d 2. 在30℃和101.33kPa 下，二氧化碳向镍铝催化剂中的氢进行扩散，已知该催化剂的孔容
为V P =0.36cm 3g -1，比表面积S P =150m 2g -1，曲折因子τ=3.9，颗粒密度ρS =1.4g·cm -3，氢的摩尔扩散体积V B =7.4cm 3mol -1，二氧化碳的摩尔扩散体积V A =26.9 cm 3mol -1，试求二氧化碳的有效扩散系数。
解
()1223/13/15.05.1231B 31A 5.0B A 5.1AB 1
3B 11
3A 1A s cm 6798.007.79.263.1012144115.303436.011436.0mol cm 07.7,kmol kg 2mol cm 9.26,kmol kg 44-----=+??? ??+=??
? ??+???? ??+==?==?=V V p M M T D V M V M B 121270740s cm 0120.00122.016978.011
s cm 0122.044
15.303106.948504850cm 106.910
15036.044----=+==??===?=??==D M T d D S V d K g g
12P e S g P s cm 00155.09
.3012.0504.0504
.04.136.0-=?===?==τερεD D V 3. 在硅铝催化剂球上，粗柴油催化裂解反应可认为是一级反应，在630℃时，该反应的速
率常数为k =6.01s -1，有效扩散系数为D e =7.82╳10-4cm 2s -1。，试求颗粒直径为3mm 和1mm 时的催化剂的效率因子。
解
461.10182.701.6305.03383.40182.701.6315.034114e 33S =?==
=?==
--e S D k R D k R ?? 5373.0383.4101249.008.8001249.008.80461.11461.131461.1131)3(112282.0383.411461.13461.13461.13461.131S 1S S11S33=??
? ??--+=
???
? ???--+=???? ?
?-====
?-??-?e e e e th ???η?η 4. 常压下正丁烷在镍铝催化剂上进行脱氢反应。已知该反应为一级不可逆反应。在500℃
时，反应的速率常数为k =0.94cm 3s -1g cat -1，若采用直径为0.32cm 的球形催化剂，其平均孔径d 0=1.1╳10-8m ，孔容为0.35cm 3g -1，空隙率为0.36，曲折因子等于2.0。试计算催化剂的效率因子。
解
1
2P K e 1
260
K 1P V 3g P
P s cm 003506.02
36.001948.0s cm 01948.05815.773101.14850M 4850s 9673.0029.194.0cm g 029.135
.036.0-----=?===???=?==?==?===τερερD D T d D k k V 7052.06577.210701.02634.140701.02634.148859.018859.0318859.018859.0003506
.09673.0316.038859.038859.038859.038859.03e V S =??
? ??--+=
???
? ???--+====?-??-?e e e e D k R
η? 5. 某一级不可逆催化反应在球形催化剂上进行，已知D e =10-3cm 2s -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
cm 18.009.0101.033.033
.0,3e V
S S <<>=<-D R R D k R ??要求消除内扩散影响
6. 某催化反应在500℃条件下进行，已知反应速率为：
?r A =3.8╳10-9p A 2 mol·s -1g cat -1
式中p A 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D e =0.025cm 2s -1，试计算催化剂的效率因子。
解
()()(
)()()()201.097.41197.484.1525.1025.0001576.026.12555π5π5.2m kmol 001576.015
.773314.8133.10m s kmol 6.125m kJ s kmol m kJ 6.125m kJ s kmol kPa 6.125m kg K K kmol kJ g s mol kPa 800
15.773314.8108.3s m mol m kmol :kPa s mol kPa : of unit The kPa
:g s mol 108.3S 2AS e V S S S 3
AS AS 311V 3
21123-3
2112V 32111cat 1229V 131-2A V A 3
-A A A 1cat
12A 1cat 12A 9A =====??????='=?=?==
=??=?=???????=?=-?=???=--------------------------?η?c f D k S V RT p c k k k c k r c RT c p g k p p r
7. 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338m 2g -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k V =6.33s -1；反应物在催化剂外表面处的浓度c AS =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。
解
1
270
K 74g P P g g
0s cm 005230.025********.548504850cm 10730.510
33895.046.0444---=???=?=?=???===M T d D S S V d ρε K
812.4106.31035.1106.11002.8)(s cm 1002.83
46.000523.04554e R e max 1
24P K e AS -=??????-=?-==??=?==-----λβτεc H D T T D D S 温差不大,按等
温计算有效因子
3346.0818.71000402.024********.02485606.21606.231606.21606.210
02.833.63176.05.03606.23606.23606.23606.234e V S =??
? ??--+=???
? ???--+==??==?-??-?-e e e e D k R
η?
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. 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？ 答：定义式()()??-=-S
S 0S 0S A
A d d V V V V r R 计算式 ?R A =η (?r AS )
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。
今天去参观了四行仓库，结合网上查到的一些资讯，整理记录我觉得很有意思的一些事。
四行仓库保卫战的背景是1937年淞沪抗战尾声，88师师长孙元良受统帅部命令，要选派一位坚定果敢的军官，率领一支小部队据守要点，担任掩护。并要求坚持一定时日，以争取即将召开的九国公约谴责日本侵略行径，引起国际舆论对中国抗战的关注、同情和声援，同时也掩护十万国民革命军的向西撤退。孙元良考虑再三，郑重选择后，命令谢晋元率领524团一营断后掩护。孙元良是台湾影星秦汉的爸爸哦。
民间一直传说保卫四行仓库是八百壮士 ，实际只有四百多人。据说谢晋元进驻仓库当夜，曾有英国士兵询问驻兵有多少人，谢晋元为了壮大声势，回答八百人，遂造成了八百壮士死守四行仓库的事迹。
台湾1977年有部电影是柯俊雄、林青霞，徐枫主演的，片名就叫《八百壮士》。片中童子军杨慧敏（林青霞饰演）把一面青天白日满地红裹在身上，午夜冒险夜渡苏州河，大大振奋了人心，这面旗现存于台北市国军历史博物馆。
四行仓库是金城银行、大陆银行，盐业银行、中南银行等四个银行在上海设立的联合营业所的仓库，位于苏州河北岸新垃圾桥(现在西藏路桥)西面，是一幢六层楼的钢筋水泥建筑，仓库内储存了几万包粮食、牛皮和丝茧等物资，由于墙厚楼高，易守难攻，也是当时上海唯一属于中国军队守卫的一块国土。
四行仓库和英国租界隔了一条苏州河，所以日本军队不敢用重炮，以及重磅炸弹轰炸四行仓库。所以开战的时候，就有个奇观，北岸战火激烈，而南岸的大量平民和外国人士亲眼目睹了这场战役。
1947年上海市政府将老北站到四行仓库的那条路改名为晋元路，这条路至今还存在，将与孤军营一墙之隔的胶州公园改名为晋元公园，并在园内修建了谢晋元墓和碑以纪念这位民族英雄。并将附近一所中学改名为晋元中学。现在晋元中学是上海的一所市重点寄宿制高中，校址也搬到了普陀区新村路，校园面积达50000平方米。
如今的四行仓库部分空间被改为纪念馆用来纪念这场保卫战。其大部分仍被用作仓库归属上海百联集团，百联集团旗下企业有上海市第一百货商店、第一医药商店、联华超市、东方商厦、百联世茂等等。