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多段绝热反应器计算
某反应在一多段绝热式反应器中进行。进口温度要求在620K，问(1)要求达到90%的转化率需把绝热反应器分为几段？已知反应活化能E=1.25×105J/mol，反应的绝热温升△Tad=256K，假设取灵敏度指数为Smax=1.5。(2)为了易于反应器的操作和控制，如选定四段绝热床，此时可达到的反应最终转化率为多少？(3)如要求四段床的转化率仍达90%则需采取什么措施？
答案
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第2题
拟设计一多段间接换热式二氧化硫催化氧化反应器，每小时处理原料气35000m3(标准状态下)，组成(摩尔分数)为：SO27.5%，O210.5%，N282%。采用直径5mm，高10mm的圆柱形钒催化剂(80m3)。试确定反应器的直径和高度，使床层的压力降小于4052Pa。
为简化起见，取平均操作压力为0.1216MPa，平均操作温度为733K，混合气体的黏度等于3.4×10-5Pa·s，密度按空气计算。
第3题
在充填10m3催化剂的绝热固定床反应器中进行甲苯氢解反应以生产苯：
C6H5CH3+H2→C6H6+CH4
原料气的物质的量组成为C6H63.85%，C6H5CH33.18%，CH423%，H269.97%；温度为863K，操作压力为6.08MPa；若采用空速为1000m3(标准状态)/(h·m3催化剂)，试计算反应器出口的气体组成。该反应的速率方程为
式中，cT，cH分别为甲苯和氢的浓度；rT为甲苯的转化速率。反应热效应为-49974J/mol，为简化计算，反应气体可按理想气体处理，平均定压比热容为常数，等于42.3J/(mol·K)。
第4题
一级反应在全混流反应器中进行绝热操作，该反应要求转化率大于0.98，最大温度不超过130℃。已知其速率常数为
k=4.71×107exp(-8000/T)1/s
反应物料热容平均值为：
反应热效应
(-△H)=167988kJ/kmol(A)
进料温度为10℃，cA0=3kmol/m3
在反应器中停留时间τ=1000s
请判断该反应过程是否存在多态？应该选择什么条件下操作？
第5题
第8题
在常压及绝热条件下，用氧化铁催化剂进行水煤气变换反应，干原料气处理量为3500(标准状态)m3/h，其组成如下表所示。
组分 | CO | CO2 | H2 | N2 | O2+Ar | CH4 |
摩尔分数/% | 30.4 | 9.46 | 37.8 | 21.3 | 0.25 | 0.79 |
水蒸气与干气之比(物质的量比)为1.4:1。若进反应器的气体温度为360℃，要求反应器出口一氧化碳的转化率为84%，试计算所需催化剂量。
在氧化铁催化剂上水煤气变换反应的本征动力学方程为
式中，p为分压；下标A、B、C及D分别代表CO，H2O，H2和CO2。反应速率常数k与温度的关系为(atm为非法定单位，1atm=0.1013MPa)
反应热等于-40964J/mol，反应气体的平均比热容可按33.44J/(mol·K)计算。
温度与化学平衡常数的关系如下表所示。
T/℃ | 380 | 390 | 400 | 410 | 420 | 430 | 440 |
Kp | 14.44 | 12.98 | 11.70 | 10.59 | 9.61 | 8.748 | 7.986 |
T/℃ | 450 | 460 | 470 | 480 | 490 | 500 | 510 |
K2 | 7.311 | 6.710 | 6.174 | 5.695 | 5.265 | 4.878 | 4.530 |
第9题
k=7.03×106exp(-5000/T) (min-1)
试计算催化剂用量(可忽略外扩散阻力)。
催化剂性质：比表面积为140m2/g，颗粒密度为0.9g/cm3，孔容为0.42cm3/g，曲节因子为3，床层空隙率为0.38。
反应气体的定压比热容为30J/(mol·K)，反应热等于-2990kJ/mol。
第10题
拟采用两段间接换热式固定床反应器在常压下进行水煤气变换反应。原料气中CO，H2O，CO2，H2的摩尔分数分别为0.1267，0.5833，0.394，0.1575，其他为惰性气体。使用直径和高分别为8.9mm及7.67mm的圆柱形铁铬催化剂。规定进第一段的原料气温度为633K，CO的最终转化率为91.8%。为保证催化剂总用量最少，第一段出口的转化率和第二段进口温度应控制为多少？
在给定的催化剂上，已计入扩散影响的水煤气变换反应的速率方程为
式中，pA，pB，pC，pD分别为一氧化碳、水煤气、二氧化碳和氢的分压，化学平衡常数Kp与温度的关系为
表观反应速率常数k*与温度的关系则为
假定各段的绝热温升均等于155.2K。
第11题
某化工厂加氢工段要求以1kg·h-1的速率将氢气从初压为0.15MPa，初温为20℃的状态，加压至2.5MPa的固定床反应器中，试分别求按等温压缩、绝热压缩和多变压缩过程的功耗。设多变指数m=1.20。若反应器温度为150℃，问出压缩机的氢气应采取何种措施来达到反应器的温度。
