反應(yīng)工程作業(yè)題答案

1、1.1在銀催化劑上進(jìn)行甲醇氧化為甲醛的反應(yīng)：3222CHOHO2HCHO2HO???32222CHOH3O2CO4HO???進(jìn)入反應(yīng)器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2：4：1.3（摩爾比），反應(yīng)后甲醇的轉(zhuǎn)化率達(dá)72%，甲醛的收率為69.2%。試計(jì)算（1）反應(yīng)的選擇性；（2）反應(yīng)器出口氣體的組成。解：（1）由（1.7）式得反應(yīng)的選擇性為：0.629YS0.961196.11%X0.720????（2）進(jìn)入反應(yīng)器的原料氣中，甲醇：空氣：水

2、蒸氣=2：4：1.3（摩爾比），當(dāng)進(jìn)入反應(yīng)器的總原料量為100mol時(shí)，則反應(yīng)器的進(jìn)料組成為組分摩爾分率yi0摩爾數(shù)ni0(mol)CH3OH2（241.3）=0.274027.40空氣4（241.3）=0.547954.79水1.3（241.3）=0.178117.81總計(jì)1.000100.0設(shè)甲醇的轉(zhuǎn)化率為XA，甲醛的收率為YP，根據(jù)（1.3）和（1.5）式可得反應(yīng)器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩爾數(shù)nA、nP和nc分別為：nA=nA

3、0(1XA)=7.672molnP=nA0YP=18.96molnC=nA0(XAYP)=0.7672mol結(jié)合上述反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量式，水（nW）、氧氣（nO）和氮?dú)猓╪N）的摩爾數(shù)分別為：nW=nW0nP2nC=38.30molnO=nO012nP32nC=0.8788molnN=nN0=43.28mol所以，反應(yīng)器出口氣體組成為：組分摩爾數(shù)（mol）摩爾分率%CH3OH7.6726.983HCHO18.9617.26H2O38.334

4、.87CO20.76720.6983O20.87880.7999N243.2839.392.3已知在FeMg催化劑上水煤氣變換反應(yīng)的正反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程為：20.850.4???wCOCOrkyykmolkgh式中yCO和yCO2為一氧化碳及二氧化碳的瞬間摩爾分率，0.1MPa壓力及700K時(shí)反應(yīng)速率常數(shù)kW等于0.0535kmolkg.h。如催化劑的比表面積為30m2g，堆密度為1.13gcm3，試計(jì)算：（1）以反應(yīng)體積為基準(zhǔn)的速率常數(shù)k

5、V。（2）以反應(yīng)相界面積為基準(zhǔn)的速率常數(shù)kg。（3）以分壓表示反應(yīng)物系組成時(shí)的速率常數(shù)kg。（4）以摩爾濃度表示反應(yīng)物系組成時(shí)的速率常數(shù)kC。解：利用（2.10）式及（2.28）式可求得問(wèn)題的解。注意題中所給比表面的單位換算成m2m3。33230.450.45330.45(1)1.13100.053560.46.6(2)1.7810.301011(3)()()0.05350.15080.1013..()8.3110700(4)()(0.

6、05350.333(0.1）???????????????????????????vbwbbgwwvbnpwncwkkkmolmhkkkkmolmhakmolkkPkghMPamRTkkPkm0.45)().kmololkgh2.14在Pt催化劑上進(jìn)行異丙苯分解反應(yīng)：65326636(）??CHCHCHCHCH以AB及R分別表示異丙苯，苯及丙烯，反應(yīng)步驟如下：（1）????AA（2）????ABR（3）????BB若表面反應(yīng)為速率控制步

7、驟，試推導(dǎo)異丙苯分解的速率方程。解：根據(jù)速率控制步驟及定態(tài)近似原理，除表面反應(yīng)外，其它兩步達(dá)到平衡，描述如下：??????????AVAAAAVApAAKKp????aAAVASdAkpkk根據(jù)定態(tài)近似原則0()()??????????????????????BSAdBBaAAVSaAAdBBSAaAAVaBBVSaASaAABaBBVdBSaAdkkkpdtkkpkkkpkpkkkkpkpkkk因?yàn)???????ABV將??AB代入上

8、式，化簡(jiǎn)后得：11?????VaAABBSdAkpKpkk最后將??AV代入吸附速率式，即為該反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式。1()1???????????aAAaAAdASdASaAAaAASdAaAASdABBBBSdAkpkpkkkkkprkpkkkpkkKpKpkk2.17一氧化碳變換反應(yīng)：222()()()()???COAHOBCOCHD在較低溫度下，其動(dòng)力學(xué)方程可表示為：1???ABAACCkpprKpKp試擬定該反應(yīng)的合適的反應(yīng)步驟。

9、解：根據(jù)題意，假設(shè)反應(yīng)步驟如下：(1)(2)(3)?????????????AAABCDCC并假設(shè)第二步是控制步驟，其速率方程就代表了整個(gè)反應(yīng)的速率方程：??SABrkp其余的兩步可認(rèn)為達(dá)到平衡，則有：??????AAAVCCCVKpKp由于1??????ABV，有：11????VAACCKpKp將??AV代入速率式，得：11??????SAABABAACCAACCkKppkpprKpKpKpKp式中?SAkkK。故上述假定與題意符合。

10、但上述假定的反應(yīng)步驟不是唯一的。3.1在等溫間歇反應(yīng)器中進(jìn)行乙酸乙酯皂化反應(yīng)：325325???CHCOOCHNaOHCHCOONaCHOH該反應(yīng)對(duì)乙酸乙酯及氫氧化鈉均為一級(jí)。反應(yīng)開(kāi)始時(shí)乙酸乙酯及氫氧化鈉的濃度均為0.02moll，反應(yīng)速率常數(shù)等于5.6lmol.min。要求最終轉(zhuǎn)化率達(dá)到95%。試問(wèn)：（1）當(dāng)反應(yīng)器的反應(yīng)體積為1m3時(shí)，需要多長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間？（2）若反應(yīng)器的反應(yīng)體積為2m3，，所需的反應(yīng)時(shí)間又是多少？解：（1）00222

11、000001()(1)110.95169.6min(2.83)5.60.0210.95??????????????AfAfXXAAAAAAAAAAAdXdXXtCCRkCXkCXh(2)因?yàn)殚g歇反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)器的大小無(wú)關(guān)，所以反應(yīng)時(shí)間仍為2.83h。3.2擬在等溫間歇反應(yīng)器中進(jìn)行氯乙醇的皂化反應(yīng)：223222????CHClCHOHNaHCOCHOHCHOHNaClCO以生產(chǎn)乙二醇，產(chǎn)量為20㎏h，使用15%（重量）的NaHCO