反应工程课后习题.doc

第二章 1．在一管式反应器中等温下进行甲烷化反应： 　　　　 　　催化剂体积为10ml,原料气中CO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： 　　　83.3　67.6　50.0　38.5　29.4　22.2X/%　　20　　30　　40　　50　　60　　70　　试求当进口原料气体流量为50ml/min?时的转化速率。 ? 解：是一个流动反应器，由（2.7）式可知其反应速率为 　　rA=－dFA/dVr　　FA= FA,0(1－XA)=Q0CA0(1－XA)　　dFA=－Q0CA0dXA故反应速率可表示为： 　　rA= Q0CA0dXA/dVr=CA0dXA/d（Vr/ Q0） 用XA－Vr/ Q0作图，过Vr/ Q0=0.20min的点作切线，即得该条件下的dXA/d（Vr/ Q0）值a Vr/ Q0 min 0.12 0.148 0.2 0.26 0.34 0.45 XA % 20 30 40 50 60 70 由（2.6）式可知 　　rA=－dCA/dt=－d{CA0（1－xa）/ dt= CA0 dXA/ dt代入速率方程式 　　CA0 dXA/ dt=0.8 C2A0(1－XA)2化简整理得 　　dXA/(1－XA)2=0.8CA0dt积分得 　　0.8 CA0t= XA/(1－XA)=9.6解得XA=90.59% 2．在进行一氧化碳变换反应动力学研究中，采用B106催化剂进行试验，测得正反应活化能为9.629×104J/mol，如果不考虑逆反应，在反应物料组成相同的情况下，试问反应温度为550时的速率比反应温度为400时的反应速率大多少倍？ 解：从题中可知，反应条件除了温度不同外，其他条件都相同，而温度的影响表现在反应速率常数k上，故可用反应速率常数之比来描述反应速率之比。 　　r550/r400=k550/k400=Aexp(－E/RT550)/ Aexp(－E/RT400)　　=eE/R(1/T400－1/T550)=23(倍) 3．在一恒容反应器中进行下列液相反应　　　　　　　　　 　　式中分别表示产物R及D的生成速率。反应用的原料为A与B的混合物，其中A的浓度为2，试计算A的转化率达到95％时所需的反应时间。 ? 解：反应物A的消耗速率为两反应速率之和，即 　　RA=rR+2rD=1.6CA+16.4C2A=1.6CA（1+10.25CA） 利用（2.6）式 　　－dCA/dt=1.6CA（1+10.25CA） 积分得 　　1.6t=　　　　+Ln{[(1－XA)+1/10.25CA0]/(1+1/10.25CA0)}　　　　= －Ln（1－XA） 解之得t=0.6332/1.6=0.3958h 4．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，若是这个反应对各反应物均为1级。已知。 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,H2?的生成速率是多少？ 　　（2）反应在恒压下进行，其他条件如（1），?的生成速率又是多少？ ? ? 解：（1）由题意可将反应速率表示为 　　A+2B→B +4D???? rC=kCACB对于恒容过程，则有 　　CA=CA0(1－XA)　　CB-=CB0－2CA0XA　　CA0=PA0/RT=2.382×10-3mol/l　　CB0=4CA0=9.528×10-3 mol/l当XA=0.8时 　　CA= CA0(1－XA)=4.764×10-4 mol/l　　CB-=CB0－2CA0XA=5.717×10-3 mol/l　　RC=rC=kCACB=5.447×10-6mol/（l?S） 　　RD=4rC=2.179×10-5 mol/（l?S） （2）对于恒压过程，是个变容反应过程，由（2.49）式可求出总摩尔的变化数 　　δA=∑t/A=（1+4－1－2）/1=2反应物A的原始分率： 　　yA0=1/(1+4)=0.2由（2.52）式可得转化率为80%时的浓度： 　　CA=CA0(1－XA)/(1+δA yA0 XA)=3.609×10-4mol/l　　CB-=（CB0－2CA0XA）/(1+δA yA0 XA)=4.331×10-3 mol/l　　rC= kCACB=3.126×10-6mol/(l?s)　　RC=rC=3.126×10-6mol/(l?s) 5．在Pt催化剂上进行异丙苯分解反应： 以A、B及R分别代表异丙苯，苯及丙烯，反应步骤如下：