环氧乙烷与水反应生成乙二醇，副产二甘醇：这两个反应对各自的反应物均为一级，速...

问答题 环氧乙烷与水反应生成乙二醇，副产二甘醇：

这两个反应对各自的反应物均为一级，速率常数比k₂/k₁为2，原料中水与环氧乙烷的摩尔比为20，且不含产物。
（1）选择何种型式的反应器好？
（2）欲使乙二醇的收率最大，转化率为多少？
（3）有人认为采用活塞流反应器好，乙二醇收率高但环氧乙烷转化率低，故建议采用循环反应器以提高总转化率，你认为这种建议是否可行？如果循环比ψ=25，并使空时与第（2）问的空时相等，则此时总转化率及乙二醇的收率是提高还是降低？

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1.问答题 温度为1000K的纯丙酮蒸汽以8kg/s的流量流入内径为26mm的活塞流反应器，在其中裂解为乙烯酮和甲烷：

该反应为一级反应，反应速率常数与温度的关系为： lnk=34.34—34222/T
k的单位为s^-1。操作压力为162kPa。反应器用温度为1300K的恒温热源供热，热源与反应气体间的传热系数等于110W/m²K，要求丙酮的转化率达20%。各反应组分的热容（J/mol.K）与温度（K）的关系如下：

298K时的反应热等于80.77kJ/mol，计算所需的反应体积。

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2.问答题 在具有如下停留时间分布的反应器中，等温进行一级不可逆反应A→P，其反应速率常数为2min^-1。

试分别采用轴向扩散模型及离析流模型计算该反应器出口的转化率，并对计算结果进行比较。

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3.问答题已知催化剂颗粒外表面的气膜传热系数为117w/m²K，气体的密度和热容分别为0.8kg/m³和2.4J/kgK，试估算气膜的传质系数。

参考答案：

4.问答题某催化剂，其真密度为3.60g/cm³，颗粒密度为1.65g/cm³，比表面积为100m²/g。试求该催化剂的孔容，孔隙率和平均孔半径。

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5.问答题已知铁催化剂的堆密度为2.7g/cm³，颗粒密度为3.8 g/cm³，比表面积为16m²/g，试求每毫升颗粒和每毫升床层的催化剂表面积。

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6.问答题 在充填ZnO-Fe₂O₃催化剂的固床反应器中，进行乙炔水合反应：

已知床层某处的压力和温度分别为0.10Mpa，400℃，气相中C₂H₂含量为3%（mol），该反应速率方程
r=kC_A，式中C_A为C₂H₂的浓度，速率常数k=7.06×10⁷exp（-61570/RT），h^-1，试求该处的外扩散有效因子。数据：催化剂颗粒直径0.5cm，颗粒密度1.6g/cm³，C₂H₂扩散系数7.3×10^-5m²/s，气体粘度2.35×10^-5Pa﹒s，床层中气体的质量流速0.2kg/m²s。

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7.问答题 实验室管式反应器的内径2.1cm，长80cm ，内装直径6.35mm的银催化剂进行乙烯氧化反应，原料气为含乙烯2.25%（mol）的空气，在反应器内某处测得P=1.06×10⁵Pa，T_G=470K，乙烯转化率35.7%，环氧乙烷收率23.2%，已知

颗粒外表面对气相主体的传热系数为58.3w/m²K，颗粒密度为1.89g/cm³。设乙烯氧化的反应速率为1.02×10^-2kmol/kg﹒h，试求该处催化剂外表面与气流主体间的温度差。

参考答案：

8.问答题在Pt/Al₂O₃催化剂上于200℃用空气进行微量一氧化碳反应，已知催化剂的孔容为0.3cm³/g，比表面积为200m²/g，颗粒密度为1.2g/cm³，曲节因子为3.7.CO-空气二元系统中CO的正常扩散系数为0.192cm²/s。试求CO在该催化剂颗粒中的有效扩散系数。

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9.问答题 在球形催化剂上进行气体A的分解反应，该反应为一级不可逆放热反应.已知颗粒直径为0.3cm，气体在颗粒中有效扩散系数为4.5×10^-5m²/h，颗粒外表面气膜传热系数为44.72w/m²﹒K，气膜传质系数为310m/h，反应热效应为-162kJ/mol，气相主体A的浓度为0.20mol/l，实验测得A的表观反应速率为1.67mol/minl，试估算：
（1）外扩散阻力对反应速率的影响；
（2）内扩散阻力对反应速率的影响；
（3）外表面与气相主体间的温度差．

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10.问答题 在固体催化剂上进行一级不可逆反应
已知反应速率常数k,催化剂外表面积对气相的传质系数为k_Ga_m,内扩散有效因子η.C_AG为气相主体中组分A的浓度。
(1)试推导:

(2)若反应式(A)改为一级可逆反应则相应的(B)式如何?

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