题目
在充填直径为9mm、高7mm的圆柱形铁铬催化剂的固定床反应器中,0.6865MPa下进行水煤气变换反应。反应气体的平均相对分子质量为18.96,质量流速(按空床计算)为0.936kg/(m2·s)。设床层的平均温度为689K,反应气体的黏度等于2.5×10-5Pa·s。已知催化剂的颗粒密度和床层的堆密度分别为2000kg/m3及1400kg/m3,试计算单位床层高度的压力降。
在充填直径为9mm、高7mm的圆柱形铁铬催化剂的固定床反应器中,0.6865MPa下进行水煤气变换反应。反应气体的平均相对分子质量为18.96,质量流速(按空床计算)为0.936kg/(m2·s)。设床层的平均温度为689K,反应气体的黏度等于2.5×10-5Pa·s。已知催化剂的颗粒密度和床层的堆密度分别为2000kg/m3及1400kg/m3,试计算单位床层高度的压力降。
题目解答
答案
P=2.348kg/m3
解析
步骤 1:计算气体的密度
根据理想气体状态方程,气体的密度可以通过以下公式计算:
\[ \rho = \frac{P \cdot M}{R \cdot T} \]
其中,P为气体压力,M为气体的平均相对分子质量,R为理想气体常数,T为气体的绝对温度。将已知数值代入公式中,可以计算出气体的密度。
步骤 2:计算床层的空隙率
床层的空隙率可以通过以下公式计算:
\[ \varepsilon = 1 - \frac{\rho_b}{\rho_p} \]
其中,\(\rho_b\)为床层的堆密度,\(\rho_p\)为催化剂颗粒的密度。将已知数值代入公式中,可以计算出床层的空隙率。
步骤 3:计算单位床层高度的压力降
单位床层高度的压力降可以通过以下公式计算:
\[ \Delta P = \frac{150 \cdot \mu \cdot u}{\varepsilon^3 \cdot d_p} \]
其中,\(\mu\)为气体的黏度,u为气体的质量流速,\(d_p\)为催化剂颗粒的直径。将已知数值代入公式中,可以计算出单位床层高度的压力降。
根据理想气体状态方程,气体的密度可以通过以下公式计算:
\[ \rho = \frac{P \cdot M}{R \cdot T} \]
其中,P为气体压力,M为气体的平均相对分子质量,R为理想气体常数,T为气体的绝对温度。将已知数值代入公式中,可以计算出气体的密度。
步骤 2:计算床层的空隙率
床层的空隙率可以通过以下公式计算:
\[ \varepsilon = 1 - \frac{\rho_b}{\rho_p} \]
其中,\(\rho_b\)为床层的堆密度,\(\rho_p\)为催化剂颗粒的密度。将已知数值代入公式中,可以计算出床层的空隙率。
步骤 3:计算单位床层高度的压力降
单位床层高度的压力降可以通过以下公式计算:
\[ \Delta P = \frac{150 \cdot \mu \cdot u}{\varepsilon^3 \cdot d_p} \]
其中,\(\mu\)为气体的黏度,u为气体的质量流速,\(d_p\)为催化剂颗粒的直径。将已知数值代入公式中,可以计算出单位床层高度的压力降。