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苯加氢可制得环己烷。已知苯气相催化加氢反应器入口原料的组成(摩尔分数)为C6H67%，H293%，若出口苯的转化率为98%，试求反应器出口的气体组成。
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环己烷是化工生产的重要原料，工业上用镍催化剂通过苯加氢而制得，其反应式为
C6H6+3H2
C6H12
反应温度在200℃以下，该反应可视为不可逆放热反应。假定在镍催化剂上有两类活性位：一类吸附苯和中间化合物，另一类只吸附氢，而环己烷则可认为不被吸附，其反应步骤为
若第(3)步为速率控制步骤，假定除苯和氢外，其他中间化合物的吸附都很弱，试推导动力学方程。
A.1,3-环己二烯加氢是吸热反应
B.1,3-环己二烯比苯稳定
C.苯加氢生成环己烷是放热反应
D.苯比1，3-环己二烯稳定
在工业镍催化剂上气相苯加氢反应，推导出速率方程为
式中，pB为苯的分压；pH为氢的分压；k为反应速率常数；KB为苯的吸附平衡常数。在实验室中测定了423K时的反应速率与气相组成的关系如表2.3所示，试求反应速率常数及苯的吸附平衡常数。
表2.3 423K下苯加氢反应速率 | |||
反应组分分压pi×103/MPa | 反应速率rB×103/[mol/(g·h)] | ||
苯 | 氢 | 环己烷 | |
2.13 2.42 3.81 5.02 5.80 13.90 10.70 9.85 9.02 7.95 6.46 4.73 4.01 3.30 | 93.0 85.5 78.0 86.8 79.6 84.0 80.6 89.3 88.1 86.9 86.3 92.4 92.5 92.2 | 4.29 11.50 17.20 7.65 13.90 1.92 7.47 1.93 2.78 4.24 6.48 4.76 2.34 3.20 | 18.1 19.0 27.0 30.9 35.2 42.4 39.6 40.8 36.5 35.7 33.8 30.4 29.7 26.3 |
在实验室进行苯加氢制环己烷，采用0501催化剂，150℃及常压下测得环己烷的生成速率rA=42×10-3kmol/(h·g催化剂)。催化剂的堆密度为1.25g/cm3，比外表面积为85m2/m3。若用催化剂相介面积和催化剂床层体积来表示环己烷的生成速率，其值是多少？
在氧化铝为载体的镍催化剂上，进行苯气相加氧反应以生产环己烷，即
C6H6+3H2→C6H12
催化剂为圆柱状，直径和高度均为8mm，颗粒密度为0.9g/cm3，堆积密度为0.6g/cm3，反应混合物以质量速度为1500kg/(m3·h)，通过反应器。已知在反应器的某一截面处，反应混合物组成为：C6H61.2%，H292%，环-C6H126.8%。气体温度为180℃，压力为0.10133MPa，反应速率为0.0195mol(环C2H12)/(g(cat)·h)，试计算该处催化剂外表面的温度和苯浓度。
根据给定的温度、压力及混合气组成，可以估算出反应气体的物理性质如下：苯的扩散系数D=0.678cm2/s，气体混合物导热系数λg=0.7322kJ/(m·h·℃)，混合气体黏度μ=1.161×10-5Pa·s，混合气体平均热容cp=37.24kJ/(kmol·℃)，反应热(-△H)=213384J/mol
在充填直径为4mm的Pd-Al2O3催化剂的滴流床反应器中，于0.1013MPa，50℃等温下进行α-甲基苯乙烯加氢反应。液相进料α-甲基苯乙烯的浓度为4.3×10-4mol/cm3；床层人口处纯氢及液体的线速度分别等于12cm/s和1cm/s；若液相中α-甲基苯乙烯转化率为90%，试计算床高。假定气相和液相均呈活塞流，且床层压力降可忽略不计。
已知数据：该反应对氢为1级，对α-甲基苯乙烯为0级。操作条件下，基于床层体积计算的数据：k=16.8s-1；kLaL=0.203s-1；kLSaS=0.203s-1。氢在催化剂中的有效扩散系数为1.02×10-6cm2/s。氢在液相中的溶解度系数为0.6cm3(气)/cm3，床层空隙率ε=0.42。
在机械搅拌釜中于0.891MPa及155℃等温下用空气氧化环己烷。液相进料中环己烷浓度为7.74kmol/m3，氧含量为零。液体与空气的进料量分别为26.76m3/h和161m3/h，要求出口的液体中环己烷浓度为6.76kmol/m3。假定气相及液相均呈全混流，气膜阻力可以忽略不计，试计算所需的反应体积。
已知数据：该反应对氧及环己烷均为1级，操作条件下的反应速率常数k=0.2m3/(mol·s)，氧的溶解度=1.115×10-4kmol/(m3·Pa)。液侧传质系数kL=0.416cm/s，比相界面积a=6.75cm-1，气含率εG=0.139，氧在液相中的扩散系数DAL=2.22×10-4cm2/s。
颗粒外表面温度与浓度
在Al2O3为载体的Ni催化剂上进行苯气相加氢反应
C6H6+3H2→环-C6H12
催化剂为球形颗粒，直径为8mm，颗粒密度为0.9g/cm3，堆积密度为0.6g/cm3，反应物的质量流速为1500kg/(m2·h)。已知在反应器中某处反应物组成为1.2%C6H6，92%H2及6.8%环-C6H12气体温度为180℃，压力为0.10133MPa，反应速率为0.0195mol环-C6H12/(g(cat)·h)。试估算该处催化剂外表面温度及C6H6的浓度。
已知在给定温度、压力、混合气组成时气体的物理性质如下：
C6H6的扩散系数0.678cm2/s，气体混合物导热系数为0.7322kJ/(mol·℃)，混合气体黏度为1.161×10-5Pa·s，混合气体平均热容为37.24kJ/(mol·℃)，反应热为
(-△H)=213384J/mol。
测定某组分的保留指数，气相色谱法采用的基准物是()。
A．苯与环己烷
B．苯和正庚烷
C．正构烷烃
D．正丁烷和丁二烯
物质的量比为
。H2的进料速率为1.386mol/s，已知aL=1.5cm2/cm3，kL=0.015cm/s，aS=200m2/kg，kLS=0.02cm/s，WS=0.1kg/m3，H2在甲苯中溶解的亨利常数为9.4，液相可视为全混流，气相可视为活塞流。反应过程的速率决定于氢从气液相界面处向液固相界面的传递。试求乙烯转化率为50%时所需的反应体积。
dP(mm) | 3.175 | 6.35 | 9.525 |
R【mol/(s·g(cat))】 | 4.85×10-4 | 4.01×10-4 | 3.54×10-4 |
为了减少固定床反应器的压降，克服粒内阻力，希望采用的最大颗粒直径为多少？
已知
(忽略热效应影响，反应能保证在50℃进行)
