反应工程 课后题 详解

1、反应工程 第二章作业,121101班 第八组,2.2,2.2在一管式反应器中常压300等温下进行甲烷化反应： 催化剂体积为10ml，原料气中CO的含量为3%，其余为N2,H2气体，改变进口原料气流量Q0进行实验，测得出口CO的转化率为： 试求当进口原料气体流量为50cm3/min时CO的转化速率。,解题思路： 由流动反应器模型反应速率rA表达式变换可知，求出XAVR/Q0和CAO的值；便可求出CO的转化速率,由流动反应器模型反应速率公式可知 故反应速率可表示为：,故CO的转化速率为： 6.3810-41.8657=1.1910-3mol/l,2.5,2.5氨合成塔入口的气体组成为3.5%NH3

2、,20.87%N2，62.6%H2，7.08%Ar及5.89%CH4。该塔是在30MPa压力下操作。已知催化剂床层中某处的温度为490，反应气体中氨含量为10%（mol），试计算该处的反应速率。在Fe催化剂上氨合成反应速率式为：,逆反应的活化能， 450时 1.02105kmolPa0.5/（mh）时， 且 ，490时，Kp可按下式计算：,解题思路 由题目所给反应速率式可知，要求得反应速率，需知各组分分率和分压以及k1 k2的值。 而题中给出的k2值为450，所以先求出490时k2的值，再由题中给出公式求出k1的值。 然后求出各组分分率及分压，带入反应速率式即可求出结果。,由阿伦尼乌斯方程可知

3、 可得指前因子A: =0.5131018 490时 =4.73105,490的Kp值由题给公式计算出 求k1值： =(5.59210-2)24.73105 =1.48103,求各组分的分压值： 设N2为组分1，H2为组分2，NH3为组分3 pi = yi P,转化1mol时反应混合物总摩尔数的变化,由题意得yAo=y1o=20.87%，y2o=62.6%，y3o=3.5%，y3=10,各组分的分率及分压值为 带入反应速率式可得：,2.8,2.8 0.103MPa压力下，在钒催化剂上进行SO2氧化反应，原料气摩尔组成为7%SO2,11%O2，及82%N2。试计算转换率为80%时的最佳温度。二氧化

4、硫在钒催化剂上氧化的正反应活化能为9.211104J/mol，化学计量数等于1/2，反应式为： ,它的平衡常数与温度的关系为： 。该反应的热效应Hr=-9.629104J/mol。,解题思路： 根据求最佳温度的公式（2.37）： 欲求最佳温度Top，我们需要先得到平衡温度Te及正逆反应的活化能。题目中给出了平衡常数与温度的关系，所以，我们只要求出平衡常数，就可以算出平衡温度Te。并且，已知 和Hr，由公式（2.31）： 就可求出 ,进而求出Top。,解： 1、求出转换率为80%时各组分的分压，通过各组分的分压求得平衡常数。,以100mol为基准 所以，平衡常数KD为：,代入题中给出的平衡常数与

5、温度的关系式得: 求出:,2、利用公式(2.31)求逆反应活化能,已知 =9.211104J/mol、 、Hr=-9.629104J/mol 。代入 解得： 所以，最佳温度为：,、,2.12,2.12甲烷与水蒸气在镍催化剂及750等温下的转化反应为： 原料气中甲烷与水蒸气的摩尔比为1：4，若这个反应对各反应物均为一级，已知k=2m3/(kmol.s),试求： （1）反应在恒容下进行，系统的初始总压为0.1013MPa，当反应器出口的CH4转化率为80%时，CO2和H2的生成速率是多少？ （2）反应在恒压下进行，其他条件如（1），CO2的生成速率又是多少？,解题思路 根据幂函数型速率方程，由于这

6、个反应对各反应物均为一级，得到速率方程为： 题目中已知速率常数k，只要求得CA、CB就能算出组分的反应速率。 恒容过程时只需考虑nA随XA的变化即可，根据公式（2.44） （2.45） 可求出CA ，CB 恒压过程时，反应混合物的体积随转化率而变，先根据公式（2.49）求出转化1mol时，反应混合物总摩尔的变化，再根据公式（2.44） （2.45） （2.50） 求出CA ，CB,从而求出反应速率。,解：（1）由题意可将反应速率表示为： 对于恒容过程，则有：,当XA0=0.8时,（2）对于恒压过程，是个变容反应过程，求得总摩尔数的变化： 反应物A的原始分率：,转化率为80%时的浓度：,2.14,2.14在Pt催化剂上进行异丙苯分解反应： 以A,B及R分别表示异丙苯，苯及丙烯，反应步骤如下： （1） （2） （3） 若表面反应为速率控制步骤，试推导异丙苯分解的速率方程。,解题思路： 1.吸附 2.反应 3.脱附 此时第二步为速率控制步骤，该步的速率即等于反应速率。 将质量作用定律作用于第二步，即可求得