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反应工程课后题详解;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XA～VR/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：

6.38×10-4×1.8657=1.19×10-3mol/l;2.5;大家应该也有点累了，稍作休息;2.5氨合成塔入口的气体组成为3.5%NH3,20.87%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：

;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k1k2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

可得指前因子A:

=0.513×1018

490℃时

=4.73×105

;490℃的Kp值由题给公式计算出

求k1值：

=(5.592×10-2)2×4.73×105

=1.48×103

;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;2.80.103MPa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。二氧化硫在钒催化剂上氧化的正反应活化能为9.211×104J/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ΔHr=-9.629×104J/mol。

;解题思路：

根据求最佳温度的公???（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ΔHr，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=9.211×104J/mol、、ΔHr=-9.629×104J/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