内循环反应器用于气固反应的动力学研究
《化学反应工程》期末考试试题及答案
一、单项选择题： （每题 分，共 分）．反应器中等温进行着✌→ ☎✆和✌→ ☎✆两个反应，当降低✌的浓度后，发现反应生成 的量显著降低，而 的生成量略降低，表明☎✌ ✆✌．反应☎✆对✌的反应级数大于反应☎✆ ．反应☎✆ 对✌的反应级数小于反应☎✆．反应☎✆的活化能小于反应☎✆ ．反应☎✆的反应速率常数大于反应☎✆四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值2θσ为☎ ✆ ✌． ． ．．对一平行—连串反应RA QP A −→−−→−−→−)3()2()1(， 为目的产物，若活化能次序为：☜ ☜ ☜ ，为了目的产物的收率最大，则最佳操作温度序列为（ ）。
✌．先高后低 先低后高 ．高温操作 ．低温操作．两个等体积的全混流反应器进行串联操作，反应为一级不可逆，则第一釜的反应速率 ❒✌与第二釜的反应速率 ❒✌之间的关系为☎ ✌ ✆。
两釜反应温度相同。
✌． ❒✌ ❒✌ ． ❒✌ ❒✌． ❒✌ ❒✌ 不能确定何者为大 已知一闭式反应器的1.0=r a uL D ，该反应器若用多釜串联模型来描述，则模型参数☠为（ ）。
✌． ． ． ．固体催化剂之所以能起催化作用，是由于催化剂的活性中心与反应组分的气体分子主要发生☎ ✆。
✌．物理吸附 ．化学反应 ．化学吸附 ．质量传递．包括粒内微孔体积在内的全颗粒密度称之为☎ ✆✌．堆☎积✆密度 ．颗粒密度 ．真密度 ．平均密度．在气固催化反应动力学研究中，内循环式无梯度反应器是一种☎ ✆。
✌．平推流反应器 轴向流反应器 全混流反应器 多釜串联反应器．某液相反应，其反应式可写成✌→这种反应称为☎ ✆✌．均相催化反应 ．自催化反应 ．链锁反应 可逆反应．高径比不大的气液连续鼓泡搅拌釜，对于其中的气相和液相的流动常可近似看成☎ ✆✌．气、液均为平推流 ．气、液均为全混流．气相平推流、液相全混流 ．气相全混流、液相平推流σR R σσR σB σA σB σσB A σσA S k +⇔+−→−+⇔+⇔+）此步为速率控制步骤 ( 222．间歇釜反应器中进行如下反应：P A → ☎✆ －❒✌＝ ✌♋S A → ☎✆ －❒✌ ✌♋在 ✌和反应时间保持不变下，降低反应温度，釜液中 增大，表明活化能☜与☜的相对大小为 ☜☜ ；在温度和反应时间保持不变下，增高反应浓度，釜液中 增大，表明反应级数♋●、♋的相对大小为 ♋●♋ 。
化学工程与工艺专业实验_华东理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
化学工程与工艺专业实验_华东理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.产生Taylan不稳定的起因是什么？答案:密度梯度2.在气固相催化反应实验中，按一定的设计方法规划实验条件，改变温度和浓度进行实验，再通过作图和参数回归，便可获得方程。
答案:宏观动力学3.便于检测的强电解质盐类均可用作返混测定时的脉冲示踪剂。
答案:错误4.乙苯脱氢实验中，降低总压P可反应平衡常数Kn增大，从而增加了反应的平衡转化率，实验中降低乙苯分压的办法是加入。
答案:水5.温度较高时，乙苯脱氢反应还伴随有芳烃脱氢缩合及苯乙烯聚合生成焦油和焦碳等。
这些连串副反应的发生不仅使反应的选择性下降，而且极易使催化剂表面。
答案:结焦6.实验采用的脱氢催化剂为氧化铜系催化剂，主要活性成分为CuO。
答案:错误7.乙苯脱氢反应结束继续通一段时间的水的原因是为了防止催化剂失活。
答案:正确8.气固相催化反应中，消除外扩散阻力的方法是：答案:提高线速度9.一般而言，_____的温度有利于生成乙烯，_____的温度有利于生成乙醚。
答案:较高，较低10.实验室使用的内循环无梯度反应器的特点有哪些？答案:无梯度反应器结构紧凑_容易达到足够的循环量并维持恒温_反应器有高速搅拌部件_相对较快的达到稳定态11.在内循环无梯度反应器的ZSM-5 分子筛催化剂上发生的乙醇脱水过程伴有串联副反应。
答案:错误12.为何要研究液液传质系数KW或K0？答案:由KW或K0计算萃取塔的HOG_分析影响萃取设备效率的因素13.热量传递有对流、传导、辐射三种形式。
答案:正确14.液液相际的传质复杂程度高于气液相际的传质。
答案:正确15.内循环无梯度反应器是一种常用的微分反应器。
答案:正确16.进行返混实验时，计算机上显示的示踪剂出口浓度在2min内觉察不到变化时，即认为终点己到。
答案:正确17.刘易斯(Lewis)提出了用一个的容器，用于研究液液传质，通过分别控制两相的搅拌强度，可造成相内全混，界面无返混的理想流动状况。
(5)气固催化反应宏观动力学
气固催化反应过程的研究方法
通过反应器实测的仅为流体主 体的温度Tb和浓度cb ，而催化 剂颗粒外表面上的温度Tes、浓 度ces和内孔表面上的温度Tis、 浓度cis一般是无法直接准确测 定的，只能通过反应工程理论 思维方法进行定性分析推算。 由于传递过程的存在，使得反应器微元中必然存在温 度差和浓度差以作为过程推动力。只有当内、外传递的阻 力降低到很低以致可以忽略不计时，上述三个温度和浓度 T 才会趋于一致，即 C b ≈ C es ≈ C is ； b ≈ Tes ≈ Tis 。
等温条件下的催化剂颗粒外部传质过程
前提假定： 反应热效应很小，认为催化剂内外表面温度和 气流主体温度基本相等，即 Tb ≈ Tes ≈ Tis 整个催化剂颗粒内部浓度与颗粒外表面浓度相 等，即 C es ≈ Cis 在催化剂颗粒内发生的是单组分不可逆反应 A→P
外扩散过程特征： 反应物气相主体扩散到催化剂颗粒的外表面； 在催化剂颗粒外表面上进行化学反应。 在定态操作中传质过程和化学反应过程的 速率不论在何种情况下必定相等，且等于整个过 n 程的表观速率R，即 k g a( Cb − Ces ) = kCes 对一级反应 C es = 1
kg a
极限反应速率和极限传质速率
( − r )lim = kC bn 极限反应速率 N lim = k g aC b 极限传质速率 当极限传质速率大大地大于极限反应速率， k 即 k g a >> k ，或者当 k a 趋近零时，催化剂颗粒 的表面浓度接近于气流主体浓度，则为化学反 n 应控制，此时 C b ≈ C es R = kC es ≈ ( − r )lim 当极限传质速率大大地小于极限反应速率， 即 k g a << k ，或者 kka 趋近于无穷大时，则为外 部传质控制，此时不论本征反应动力学的反应 级数是多少，表观的反应级数恒为一级。
气固相催化反应宏观反应速率的测定
化学反应工程期末考试试题及答案
反应的活化能为 52894 J／mol
。
ln k2 E ( 1 1 ) ln 2 k1 R T1 T2
E ( 1 1 ) ln 2
8.314 298 308
解： E 52894J / mol
，
2．一气固催化反应 A B R，若本征反应速率方程
为：
则该反应可能的反应机理为
A σ Aσ
四、计算题：（第 1，2 题均为 12 分，第 3 题为 14 分，共 38 分）
B2 2σ 2Bσ
Aσ Bσ kS Rσ σ (此步为速率控制步骤
）
Rσ R σ
3．间歇釜反应器中进行如下反应：
A P (1) －rA1＝k1CAa1
A S (2) －rA2=k2CAa2
在 CA0 和反应时间保持不变下，降低反应温度，釜
液中 CP/CS 增大，表明活化能 E1 与 E2 的相对大小
化学反应工程期末考试试题及 答案
《化学反应工程》试题
XXX 大学 化学反应工程 试题 B（开）卷
（答案）2011—2012 学年第一学期
一、单项选择题： （每题 2 分，共 20 分）
1．反应器中等温进行着 A→P(1)和 A→R(2)两个
反应，当降低 A 的浓度后，发现反应生成 P 的
量显著降低，而 R 的生成量略降低，表明(A )
A ． 1.0
B. 0.25 C ． 0.50
D．0
A (1) P (2) Q
3．对一平行—连串反应 A (3) R
，P 为目的产
物，若活化能次序为：E2<E1<E3，为了目的产物的 收率最大，则最佳操作温度序列为（ B）。
A．先高后低
B. 先 低 后 高
化学反应工程实验思考题部分答案
1.本证动力学与宏观动力学有何区别？答：化工动力学是研究反应速率与操作参数(浓度、温度、压力和停留时间等)之关系的规律。
若只涉及化学反应本身的速率与反应组分浓度、温度、催化剂和溶剂种类的影响，则称为本征动力学，又称微观动力学、反应固有动力学（相对于表观动力学而言），排除流动、传质、传热等传递过程影响条件下的反应动力学，描述化学反应本身的规律。
相应的反应速率和速率方程，称为本征反应速率和本征速率方程。
答：本征动力学是指排除流动、传质、传热等传递过程影响条件下的反应动力学，描述化学反应本身的规律。
相应的反应速率和速率方程，称为本征反应速率和本征速率方程。
本征速率方程在形式上和表观速率方程并无差别，但方程中变量和参数的物理意义不相同。
宏观动力学是指反应器传递过程影响下的反应动力学。
相应的反应速率和反应速率方程称为表观反应速率和表观速率方程。
表观速率方程和本征速率方程的形式并无差别，但方程中的变量和参数的物理意义不同。
2.无梯度反应器属于微分反应器还是积分反应器？为什么？答：微分反应器。
因为当反应物系连续流过反应器后，由于催化剂床层很矮，反应压力、温度、浓度都接近常数不变，其组成无明显的变化，保证了本征试验所需的理想条件，即反应器内流体相中无浓度梯度，此种反应器称为微分反应器。
因为物系组成无明显的变化，反应热效应很小，若不计入热损失，微分反应器内流体相中也不存在温度梯度，因此，微分反应器又称为无梯度反应器。
当反应物系借助于安装在微分反应器体内的循环泵而循环流动时，称为内循环微分反应器。
实验室研究固体催化剂使用的流动型固定床管式反应器也称微分反应器。
通常包括单纯流动法和循环流动法两种形式。
无梯度反应器内循环无梯度反应器是一种气–固催化反应装置，它既能消除催化床层间的浓度和温度梯度，又能克服由于转化率低而造成的成份分析困难，从而可以取得准确的动力学数据，但对热效应较大的体系，数据精确性较差。
3反应速度的影响因素有哪些？答：浓度、温度、压力、催化剂。
(完整)化学反应工程期末考试试题及答案(整理),推荐文档
2 A B k1 P A 2B k2 Q
2. 在四段绝热式固定床反应器中进行 n 级不可逆反应，各段的催化剂量相同，且控制进入 各段的反应物料温度相等.若 n>0，试问
(1)哪一段的净转化率最大？哪一段最小？ (2)若段间采用冷激方法进行降温，试问第一段与第二段之间和第二段与第三段之间哪 处需加入的冷激剂量多？为什么？
四、计算题：（第 1，2 题均为 12 分，第 3 题为 14 分，共 38 分） 1.在反应体积为 1 m3 的釜式反应器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生产丙二醇-1，2：
H2COCHCH3 H2O H2COHCHOHCH3
该反应对环氧丙烷为一级，对水为零级，反应温度下反应速率常数等于 0.98h-1，原料液中 环氧丙烷的浓度为 2.1kmol/m3，环氧丙烷的最终转化率为 90%。 （1）若采用间歇操作，辅助时间为 0.65h，则丙二醇-1，2 的日产量是多少？ （2）有人建议改在定态下连续操作，其余条件不变，则丙二醇-1，2 的日产量又是多少？ （3）为什么这两种操作方式的产量会有不同？
2
为多少？
（6）轴向扩散模型参数 Pe 为多少？
t/min
0
10
20
3．某一级不可逆气固催化反应，在反应温度 150℃下，测得 kP=5s-1,有效扩散系数 DeA=0.2cm2/s。求： （1） 当颗粒直径为 0.1mm 时，内扩散影响是否已消除？ （2） 欲保持催化剂内扩散有效因子为 0.8，则颗粒直径应不大于多少？
A．均相催化反应 B．自催化反应 C．链锁反应 D.可逆反应
10．高径比不大的气液连续鼓泡搅拌釜，对于其中的气相和液相的流动常可近似看成( )
A．气、液均为平推流
B．气、液均为全混流
2020年春季学期《化学反应工程》在线考试(适用于2020年6月份考试)答卷
答案:C
4.在气固催化反应动力学研究中，内循环式无梯度反应器是一种（）。
A.平推流反应器
B.轴向流反应器
C.全混流反应器
D.多釜串联反应器
答案:C
5.所谓固定床积分反应器是指反应物一次通过后，转化率大于（）的情况。
A.0.1
B.0.25
C.0.4
D.0.5
答案:B
6.乙苯在催化剂上脱氢生成苯乙烯，经一段时间反应后，苯乙烯生成量不再增加，但乙苯仍大量存在，表明这是一个（）反应。
答案:9.97
20.初浓度为25.4mol/L的过氧化氢，用催化法进行分解反应，10min后溶液中含过氧化氢13.4mol/L，20min后为7.08mol/L，30 min后为3.8mol/L，则该反应的级数为##，反应速率常数为0.0635/min。
答案:1
三、问答题 (共 10 道试题,共 50 分)
24.什么是反应速率方程式？
答案:将反应速率与反应物和产物浓度、反应温度等影响因素的关系，用数学方程表达出来，即称为反应速率方程式。
25.请比较液空速、湿空速、干空速、质量空速几个概念的不同？
答案:液空速:反应混合物是液体,以25°C的液体体积流量计算出的空速
湿空速:反应混合物中含有水蒸汽,把水蒸汽的体积流量也计算在内得到的空速
答案:94
13.对于单一反应，在相同的处理量和最终转化率条件下，选择反应器时主要考虑反应器的大小；而对于复合反应，选择反应器时主要考虑的则是##。
南京工业大学反应工程题集-完整答案版
注：红色底色为需注意的题目；黄色为无答案的题目1.对于热效应不大，反应温度的允许变化范围又比较宽的情况，用单级反应器最方便。
2.气固催化平行反应，若主、副反应均为一级不可逆反应，且粒子等温，则内扩散不影响其选择性，在粒子内任意位置，反应速率之比均为速率常数之比。
选择题1.在V=100L/min流量下对三只反应器分别进行示踪实验，测得如下数据：反应器 A B C体积（L） 1000 2000 3000σt2 （min） 50 100 250则三只釜的反混大小顺序（B）A. A>B>CB. A>C>BC. C>B>AD. C>A>B2.乙苯在催化剂上脱氢反应生成苯乙烯，经过一段时间反应后，苯乙烯生成量不再增加，但乙苯仍大量存在，表明这是一个（B）反应。
A．慢速 B．可逆 C．自催化 D．不可逆3．反应器中等温进行着A→P(1)和A→R(2)两个反应，当降低A的浓度后，发现反应生成P 的量显著降低，而R的生成量略降低，表明( A )A．反应(1)对A的反应级数大于反应(2)B．反应(1)对A的反应级数小于反应(2)C．反应(1)的活化能小于反应(2)D．反应(1)的反应速率常数大于反应(2)4．在间歇反应器中等温进行一级不可逆反应A→R，当转化率达90％时，所需反应时间为2h若反应改在管式反应器中进行，空时为2h，其它条件同间歇反应器，则转化率为（ B ）A．60％ B. 90％C．45％D．75％☆两个等体积的全混流反应器进行串联操作，反应为一级不可逆，则第一釜的反应速率-rA1与第二釜的反应速率-rA2之间的关系为(A )。
两釜反应温度相同。
A．-rA1 > -rA2 B．-rA1 = -rA2 C．-rA1 < -rA2 D.不能确定何者为大5．四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值2θσ为( B )A．1.0 B. 0.25 C．0.50 D．06．对一平行—连串反应RA QP A−→−−→−−→−)3()2()1(，P为目的产物，若活化能次序为：E 2<E 1<E 3，为了目的产物的收率最大，则最佳操作温度序列为（ B ）。
《化学反应工程》期末考试试题及答案
一、单项选择题： （每题2分，共20分）1．反应器中等温进行着A →P(1)和A →R(2)两个反应，当降低A 的浓度后，发现反应生成P 的量显著降低，而R 的生成量略降低，表明(A )A ．反应(1)对A 的反应级数大于反应(2)B ．反应(1) 对A 的反应级数小于反应(2)C ．反应(1)的活化能小于反应(2)D ．反应(1)的反应速率常数大于反应(2)2.四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值2θσ为( B )A ． 1.0 B. 0.25 C ．0.50 D ．03．对一平行—连串反应R A QP A −→−−→−−→−)3()2()1(，P 为目的产物，若活化能次序为：E 2<E 1<E 3，为了目的产物的收率最大，则最佳操作温度序列为（ B ）。
A ．先高后低 B.先低后高 C ．高温操作 D ．低温操作4．两个等体积的全混流反应器进行串联操作，反应为一级不可逆，则第一釜的反应速率-r A1与第二釜的反应速率-r A2之间的关系为( A )。
两釜反应温度相同。
A ．-r A1 > -r A2B ．-r A1 = -r A2C ．-r A1 < -r A2 D.不能确定何者为大5. 已知一闭式反应器的1.0=r a uL D ，该反应器若用多釜串联模型来描述，则模型参数N 为（ B ）。
A ． 4.5 B. 5.6 C ．3.5 D ．4.06．固体催化剂之所以能起催化作用，是由于催化剂的活性中心与反应组分的气体分子主要发生( C)。
A ．物理吸附B ．化学反应C ．化学吸附D ．质量传递7．包括粒内微孔体积在内的全颗粒密度称之为( B )A ．堆(积)密度B ．颗粒密度C ．真密度D ．平均密度8．在气固催化反应动力学研究中，内循环式无梯度反应器是一种( C )。
A ．平推流反应器 B. 轴向流反应器 C. 全混流反应器 D. 多釜串联反应器9．某液相反应，其反应式可写成A+C R+C 这种反应称为(B )A ．均相催化反应B ．自催化反应C ．链锁反应 D.可逆反应10．高径比不大的气液连续鼓泡搅拌釜，对于其中的气相和液相的流动常可近似看成( B )A ．气、液均为平推流B ．气、液均为全混流C ．气相平推流、液相全混流D ．气相全混流、液相平推流3．间歇釜反应器中进行如下反应：P A → (1) －r A1＝k 1C A a1S A → (2) －r A2=k 2C A a2在C A0和反应时间保持不变下，降低反应温度，釜液中C P /C S 增大，表明活化能E1与E2的相对大小为 E1<E2 ；在温度和反应时间保持不变下，增高反应浓度，釜液中C P /C S 增大，表明反应级数al 、a2的相对大小为 al>a2 。
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郭延红等 : 内循环反应器用于气固反应的动力 学研究/ 2009 年第 3 期
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算:
cA = PA RT ( 2)
式中 : P A 为乙醇的分压; T 为反应温度, K。 生成乙烯的反应速率常数 K ( L # g - 1 # h- 1 ) 通过 式( 3) 求出 :
K= r cA
E () RT
( 3)
由 Arrhenius 方程 K = k 0 ex p
ln K = E + ln k0 RT
得:
图 2 1/ T 与 lnK 关 系图 Fig. 2 Relationship of 1/ T and lnK
由图 2 得截距 ln k 0 = 4 1 5 , k 0 = 901 02
- 1
式中 : E 为宏 观活化 能, J # m ol ; k 0 为频 率因 子, m ol # g
产物组成 / % 乙烯
气 80. 6 0. 05 液 275 18 气 82. 31 液 01 15 气 84. 60 液
实 进料速度 反应温度 验 e 号 mL # m in- 1
0 15 h 乙醚
0. 1117 88. 87
水
1. 594 10. 93 1. 286 5. 102 1. 007 3. 911
气 84. 49 液 341 19 气 91. 26 液
1. 645 26. 24 2. 65 58. 81 2. 928 64. 79
13. 64
0. 07233 67. 5
0. 376 L 0. 52 g 0. 967 L 0. 89 g 1. 25 L 1. 42 g
5
01 10
5. 082
0. 1155 48. 26
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郭延红等 : 内循环反应器用于气固反应的动力学研究 / 2009 年第 3 期
内循环无梯度反应装置是反应工程实验的重要设 备, 该反应系统由两大部分组成: 反应部分与数据处理 部分。反应部分主要包括反应器、 控温测温仪器和调 速装置, 其中调速装置用来调节反应器搅拌电机的转 速, 能够做到无级变速。数据处理部分主要包括气相 色谱仪和积分仪。用阀炉连接反应器与色谱系统, 可 以保证气相取样与进样, 从而实现在线色谱分析。 作者选用催化剂篮筐固定型电磁搅拌式内循环无 梯度反应器, 由于搅拌轮的推 动作用, 使 气流强制循 环, 当循环比( 循环新鲜原料气流量与气流量之比) 足 够大时, 就可使催化剂床层内的反应物达到理想混合, 即无浓度梯度和温度梯度
摘 要 : 设计了一套用于动力学研究的内循环无梯度反应系统 , 对其进行 了无梯度检验 , 并 用乙醇脱水动力学 考证了
该系统的可靠性。 根据微型反应色谱测得的乙醇在 HZSM - 5 分子筛上脱水反应的动力学数据 , 首次建立了乙醇脱 水反应 动力学数学模型的幂函数形式, 经统计检验表明, 该数学模型预测数据与实验 数据吻合 , 模型方 程估计的参数值均 具高显 著性 , 表明了该数学模型的精确性。 该系统实现了在线色谱分析 , 操作简便迅速, 可用于气固反应动力学的研究。 关键词 : 动力学 ; 无梯度 ; 乙醇 ; 脱水 ; 在线色谱分析 中图分类号 : O 643 文献标识码 : A 文章编号 : 1672- 5425( 2009) 03- 0045- 05
16. 46
0. 08825 83. 5
0. 408 L 0. 6 g 0. 984 L 0. 96 g 1. 44 L 1. 57 g
3
01 10
7. 098
0. 1551 51. 09
01 15
气 90. 18 液
7. 109
0. 3243 43. 02
01 05
气 91. 50 液
2. 358 63. 79 2. 583 86. 31 2. 07 92. 03
- 1
#h 。
- 1
1 6120- ( 0 1 9214) = - 251851 555 斜率 : - 3 0 1 001717- 0 1 001897 - E = - 251851 555 R E= 25185 1 555 @ 8 1 314= 2 1 0939 @ 105 J # mol- 1 , 计算数据见表 2。
乙醇
16. 86
的量
0. 033 L 0. 995 g 0. 050 L 1. 952 g 0. 03 L 3. 225 g
。
1
反应器由乙醇汽化段和乙醇脱水反应段两部分组 成。乙醇汽化段内填充拉西瓷环汽化介质 , 汽化段由 电热套加热 , 石棉布和玻璃棉保温。乙醇脱水反应段 为固定床填充床反应器, 内部填充分子筛催化剂, 反应 器由电热套加热 , 用温控设备控制温度 , 外层用石棉布 和玻璃棉保温。乙醇原料液经计量泵进 入汽化段汽 化, 汽化产生气体( 主要是乙醇蒸气和水蒸气 ) 进入填 充有催化剂的固定床反应器。反应得到的气体经过冷 却气液分离, 产物经过计量分析后排放。 1 13 反应器的无梯度性能 1 13 1 1 空白实验 无梯度反应器中不装催化剂升温至 350 e , 通入 乙醇原料反应 4 h, 经色谱分析乙醇原料浓度没有变 化。说明反应器本身对反应没有影响。 1 13 1 2 无梯度检验 在测定动力学数据前 , 对反应器进行了浓度、 温度 的无梯度检验。反应器浓度无梯度检验采用热态抽样 法分析催化床的进出口组成 。实测结果表明 , 叶轮 转速达到 2500 r # min- 1 、 循环比 > 40 时, 催化床进、 出口乙醇浓度差 < 01 1% 。反应器温度无梯度检验直 接测定催化床进、 出口温度, 在实验温度范围内 , 催化 床进、 出口温差 < ? 0 15e 。 1 1 4 分析方法 参照文献[ 2] 对产物进行分析。产物冷却后, 对气 体、 液体分别计量, 采用气相色谱仪分析气相与液相组 成, 然后计算产物中各组分含量。色谱检测条件如下: 色谱 柱 为 108 有 机 填 料 填 充 柱, 60 ~ 80 目 ; 柱 温 110 e , 检 测器 温 度 120 e , 载 气 为 H 2 , 汽 化 室温 度 130 e 。
[ 3]
在 260~ 350 e 之间选 5 个不同的温度, 改变进料 速度, 并严格控制进料速度使之稳定。在每个反应条 件下稳定 30 min 后, 记录尾气 流量和反应液体的质 量, 取气样和液样, 气样在线色谱分析, 液样用注射器 进样至色谱仪中测定其组成, 结果见表 1。
表1 Tab 11 乙醇气相脱水反应原始数据 Original data of ethanol dehydration reaction
01 15
气 92. 08 液
4. 369
0. 1324 38. 49
乙烯生成速率 r ( mo l # g - 1 # h - 1 ) 按式( 1) 计算 :
r= 乙醇进料速率 @ 乙烯收率 催化剂用量 ( 1)
2
2 11
结果与讨论
实验记录与数据处理
反应器内乙醇的浓度 cA ( mol # L- 1 ) 按式 ( 2) 计
化学反应动力学研究是反应工程的主要内容, 也 是工业反应器设计的基础。因此, 用于动力学研究的 实验装置受到人们的普遍关注。实验用气固催化反应 器主要有三种: 微分反应器、 积分反应器 及循环反应 器 。微分反应器数据处理简单 , 但由于转化率低 , 要 求分析精度高, 有时不易做到。积分反应器虽然一次 通过催化剂床层达到所要求的转化率, 但催化剂床层 不易做到等温, 工作量大 , 数据处理繁杂。循环反应器 可以实现在催化剂床层中无浓度梯度和温度梯度, 兼 具微分和积分反应器的优点 , 转化率高 , 分析精度高, 数据处理简单。 循环反应器分为内循环与外循环两种。其中外循 环反应器结构复杂、 自由空间大, 当均相反应对所研究 的反应有影响时不宜采用, 此外, 当改变操作条件时, 反应达到稳定所需时间较长。内循环反应器最大优点 是: 因反应器内有快速搅拌的结构 , 能使反应物在固体 催化剂上无浓度梯度与温度梯度; 另外又因反应器空 间小 , 缩短了时间常数, 能在改变条件下很快就达到定 态[ 2] 。同时 , 还可以使用微分反应器的计算方法求出 反应速度。因此 , 对于气固相催化反应研究, 选用内循 环无梯度反应器较为理想。尤其在研究宏观动力学方 面, 可以用来测定反应器返混性能与停留时间分布、 气 固相催化反应动力学数据、 催化剂反应性能等。作者 利用内循环反应器设计了一套用于动力学研究的反应 体系 , 并实现了在线色谱分析 , 达到了迅速、 准确、 高效 地获取动力学数据的目的。
2
01 10
289 18
气 81. 30 液
17. 06
0. 06581 91. 09
01 15
气 81. 01 液
17. 45
0. 08171 90. 76
01 05
气 81. 57 液 气 89. 78 318. 5 液
1. 465 16. 24 2. 065 48. 81 2. 298 56. 59
[ 1]
1
1 11
实验
原料与催化剂 无水乙醇( 含量 \991 7% ) , 分析纯 , 西安化工厂。 H ZSM - 5 分子筛催化剂, 天津北洋化工设备有限
公司。 1 1 2 装置及流程( 图 1)
T CI. 控温
T T . 测温 PI. 压力计
V 1. 进气截止阀 K2. 阀箱产物流量调节 5. 质量流量计
以 1/ T 为横坐标、 lnK 为纵坐标作图 ( 图 2) , 即可 求得 k 0 和 E 。
表2 Tab 12
实验号 反应温度 e 乙醇进料速度 mL # min- 1 乙烯 6. 719 5. 511 5. 058 12. 94 8. 356 11. 15 52. 63 54. 14 49. 17 69. 50 59. 08 54. 62 59. 06 56. 28 53. 92