化学反应工程例题.doc

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例1.1在350℃等温恒容下纯丁二烯进行二聚反映,测得反映系统总压p与反映时间t的关系如下:

t/min 0 6 12 26 38 60

p/kPa 66.762.3 58.9 53.5 50.4 46.7

试求时间为26min时的反映速率。

解:以A和R分别代表丁二烯及其二聚物,则该二聚反映可写成:2A→R

反映体系中各组分的浓度关系如下:

由抱负气体定律得:(A)

p0为t=0时物系的总压,整理上式为:(B)

将(B)式代入速率式中,得:)

(c)

抱负气体:

将CA0代入(C)式,为: D

解析法:对p-t关系进行回归分析,得:

图解法:以p对t作图,如图所示。

于t=26min处作曲线的切线,切线的斜率为dp/dt,该值等于‐0.32kPa/min。

将有关数据代入(D)式,即得到丁二烯转化量表达的反映速率值。

若以生成二聚物表达反映速率,则:1,

2

例1.2等温进行醋酸(A)和丁醇(B)的酯化反映

醋酸和丁醇初始浓度为0.2332和1.16kmol/m3。测得不同时间下醋酸转化量如下表,试求该反映的速率方程。

时间

/h

醋酸转化量

/(kmol/m3)

时间

/h

醋酸转化量

/(kmol/m3)

时间

/h

醋酸转化量

/(kmol/m3)

0

0

3

0.03662

6

0.06086

1

0.01636

4

0.04525

7

0.06833

2

0.02732

5

0.05405

8

0.07698

解:由题中数据可知醋酸转化率较低,且丁醇又大量过剩,可以忽略逆反映的影响,同时可以不考虑丁醇浓度对反映速率的影响。所以,设正反映的速率方程为:

(a)

以0级、1级、2级反映对上式进行积分式得:

当n=0时,(b

当n=1时,(c)

当n=2时,(d)

采用图解法和试差法,假设反映级数,将实验数据分别按0级、1级、2级反映动力学积分式做图,得到其f(CA)-t的关系曲线图,然后再根据所得的f(CA)-t的关系曲线图进行判断其动力学形式。

不同时间下f(CA)–t的变化关系

t/h

CA

CA0-CA

0

0.2332

0

0

0

1

0.2168

0.01636

0.0727

0.3244

2

0.2059

0.02732

0.1246

05686

3

0.1966

0.03662

0.1708

0.7983

4

0.1879

0.04525

0.2157

1.0337

5

0.1792

0.05405

0.2637

1.2922

6

0.1723

0.06086

0.3024

1.5157

7

0.1649

0.06833

0.03467

1.7761

8

0.1592

0.07398

0.03816

1.9932

零级反映和一级反映的f(CA)–t的关系图

如对t作图得一直线,则说明假设对的,由此可知反

应级数n=2。

但丁醇浓度是否存在影响,还需做进一步实验证明。

对t作图为一直线,则说明n=2是对的的,故该反映对醋酸为二级反映,从直线的斜率可以求得在此温度下包含丁醇浓度的k’值。而丁醇的反映级数m可以用保持醋酸浓度不变的方法求得,两者结合可以求得反映在此温度下的速率常数k。

例题1.3气相反映为一级反映A→3P速度常数k=0.5min-1,反映在恒容间歇式反映器中进行,求1min后体系的总压,进料状况如下:

(a)纯A,0.1Mpa;

(b)纯A,1Mpa;

(c)10%的A和90%的I(惰性气体)混合物,1MPa

解:A→3P+I

整理得:

上式求导:(1)

抱负气体方程

所以得:

即:(2)

比较(1)、(2),得:

即:

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