化学反应工程习题解答 第五版.doc

习题１－１：银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应： 2CH3OH+O2→2HCHO+2H2O 2CH3OH+3O2→2CO2+4H2O 进入反应器的原料中，甲醇：空气：水蒸气＝2：4：1.3。反应后甲醇转化率为72％，甲醛的收率为69.2％。试计算：（１）选择率；（２）出口组成。 解：（１） (2) 设原料中甲醇、空气、水蒸气的物质的量分别是2mol、4mol和1.3mol. 则生成甲醛所耗的甲醇的物质的量为2×0.692=1.384mol 副反应消耗的甲醇为:2×0.72-1.384=0.056mol 由反应计量方程式可知: n（H2O）=1.3+1.384+2×0.056=2.796（mol） n（CO2）=0.056mol ; n(HCHO)=1.384mol n(CH3OH)=2×(1-0.72)=0.56（mol） n(O2)=4×0.21-1.384×0.5-0.056×1.5=0.064（mol） n(N2等)=4×0.79=3.16（mol） n= 0.56+0.064+1.384+2.796+0.056＋3.16=8.02（mol）y(CH3OH) =0.56/8.02=6.98% y(O2) =0.064/8.02=0.80% y(HCHO) =1.384/8.02=17.26% y(H2O) =2.796/8.02=34.86% y(CO2) =0.056/8.02=0.70% y(N2) = 3.16/8.02=39.40% 习题1—６：丁烯制丁二烯，已知反应的步骤为 （１）请分别导出（A）（C）为控制步骤的均匀吸附动力学方程。 （２）请分别导出（B）为控制步骤的均匀吸附动力学方程,若反应物和产物的吸附都很弱，问此时反应对丁烯是几级反应？ 解：记 A=C4H8 B=C4H6 C=H2 (A) 为控制步骤： (C) 为控制步骤 （B） 的情况，当反应物和产物的吸附都很弱时，即 故 可见，反应对于A为一级。 2-5. 乙烯直接水和制乙醇可视为对乙烯的一级不可逆反应，在300℃，7.09Mpa 下，k=0.09s-1，Deff=7.04×10-4cm2/s，采用直径与高为5mm的圆柱形催化剂，求内扩散有效因子。 解:对于一级不可逆反应,颗粒催化剂的内扩散有效因子与颗粒的几何形状无关,一律可按球形计算,此时φ=。 == ∴===0.942 ξ===0.69 ∴ 内扩散因子为0.69 2-6 某催化剂在500℃下进行，已知本征反应速率rA=7.696× 10-5mol/（g·s），（式中的符号为MPa），催化剂为5mm×5mm园柱体，=0.8g/cm3，颗粒外表面A的分压=0.101325MPa，粒内组分A的有效扩散系数=0.025cm2/s。求催化剂的内扩散有效因子。 解： =7.696× 10-5mol/（g·s）， V=nRT== ∴ rA=7.696×10-17(RT)2 mol/（g·s） ∴ =7.696×10-17(RT)2 /(g·mol·s) =·=7.696×10-17（RT）2 ×0.8×106 /mol·s 根据Kjaer近似解， == = =0.1493 ∴ξ==0.99  3-2 在等温间歇反应器中进行皂化反应 该反应对乙酸乙酯和氢氧化钠均为一致，反应开始时乙酸乙酯和氢氧化钠的浓度均为0.02mol/L，反应速率常数为5.6L/（min·mol），要求最终转化率为0.95，试求当反应器体积为、时，所需的反应时间是多少？ 解： 设A的转化率为，B的转化率为 ∵ ， ， ∴ t===-=169.6 min t与反应体积无关。 ∴、所需反应时间均为169.6min 3-3 在平推流反应器中进行等温一级反应，出口转化率为0.9，现将该反应移到一个等体积的全混流反应器中进行，且操作条件不变，问出口转化率是多少？ 解：对于平推流反应器： 对于全混流反应器： ∴ ==2.3 ∴ =0.697 3-6 已知某均相反应，反应速率/（mol﹒min），物料密度恒定为0.75g/ml，加料流量为7.14L/min，=7.14mol/L，反应在等温下进行，试计算下列方案的转化率各为多少？ (1) 串联两个体积0.25的全混流反应器。 （2）一个0.25的全混流反应器，后接一个0.25的平推流反应器。 （3）一个