【正文】 2）對(duì)于恒壓過程，是個(gè)變?nèi)莘磻?yīng)過程，由（ ）式可求得總摩爾數(shù)的變化 ?A???t/?A??2反應(yīng)物 A的原始分率： yA0?由（ ）式可求 得 轉(zhuǎn) 化 率 為 80% 時(shí) 的 濃 度 ：1??4C(1?X)?10?3(1?)CA????10?4mol/l1?AyA0XA1?2?? CB0??10?3?2??10?3?????10?5mol/l1?AyA0XA1?2???kCACB?2??10?4??10?5??10?6mol/?rC??10?6mol/ 在 473K等溫及常壓下進(jìn)行氣相反應(yīng)：（ 1） A?3R rR?（ 2） A?2S rS?（ 3） A?T rT?式中 CA為反應(yīng)物 A的濃度（ mol/l），原料中 A和惰性氣體各為一半（體積比），試求當(dāng) A 的轉(zhuǎn)化率達(dá) 85%時(shí)，其轉(zhuǎn)化速率是多少？ 解：方法（ 1），先求出總摩爾變化數(shù) ?A。（ 1 ） （ 1 ） =20 解得Y==（甲苯量） 生成的二甲基苯量： = 生 成的甲烷量 ：+= 剩余的三甲基苯量： （ ） = 氫氣含量為： 20kmol 故出口尾氣組成為：三甲基苯 %，氫氣 20%，二甲基苯 %，甲烷%，甲基苯 %。反應(yīng)用的原料為 A 與 B的混合 物，其中 A的濃度為 2kmol/m3，試計(jì)算 A的轉(zhuǎn)化率達(dá)到 95%時(shí)所需的反應(yīng)時(shí)間。 4r550k550?，在釩催化劑上進(jìn)行 SO2 氧化反應(yīng)，原料氣組成為 7%O2及 82%N2。解：題中給出 450℃ 時(shí)的 k2 值，而反應(yīng)是在 490℃ 下，故首先要求出 490℃ 時(shí)的 k2 值。該塔是在 30MPa壓力下操作。注意題中所給比表面的單位換算成 m2/m3 。（ 2） （ 2） 以反應(yīng)相界面積為基準(zhǔn)的速率常數(shù) kg。在等溫常壓解：利用反應(yīng)時(shí)間與組分 A的濃度變化數(shù)據(jù)，作出 CA～ t的關(guān)系曲線，用鏡面法求得 t= 時(shí)該點(diǎn)的切線，即為水解速率。在操作壓力及溫度下，其余組分均為不凝組分，但在冷凝冷卻過程中可部分溶解于粗甲醇中，對(duì) 1kg 粗甲醇而言，其溶解量為 CO2 ,CO ,H2 ,CH4 ,。 化學(xué)反應(yīng)工程第五版答案 53 化學(xué)反應(yīng)工程答案 話題：化學(xué)反應(yīng)工程答案 計(jì)算方法 反應(yīng)器 1 緒 論 ：進(jìn)入反應(yīng)器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣 =2： 4： （摩爾比），反應(yīng)后甲醇的轉(zhuǎn)化率達(dá) 72%，甲醛的收率為 %。若循環(huán)氣與原料氣之比為 （ 摩爾比），試計(jì)算：（ 1） （ 1） 一氧化碳的單程轉(zhuǎn)換率和全程轉(zhuǎn)化率； （ 2） （ 2） 甲醇的單程收率和全程收率。 切線的斜率為由（ ）式可知反應(yīng)物的水解速率為 ????器中常壓 300℃ 等溫下進(jìn)行甲烷化反應(yīng)： CO?3H2?CH4?H2O催化劑體積為 10ml，原料氣中 CO 的含量為 3%，其余為N2,H2 氣體，改變進(jìn)口原料氣流量 Q0 解：是一個(gè)流動(dòng)反應(yīng)器 ， 其 反 應(yīng) 速 率 式 可 用 （ ） 式 來 表 示rA??dFARFA?FA0(1?XA)?Q0CA0(1?XA)dFA??Q0CA0dXA故反應(yīng)速率可表示為： rA?Q0CA0 用 XA～ VR/Q0 作圖，過VR/Q0=，即得該條件下的 dXA/d(VR/Q0)值 α。（ 3） （ 3） 以分壓表示反應(yīng)物系組成時(shí)的速率常數(shù) kg。(1)kv??bkw??103??(2)kg??bvkw??b?b?30?10?6kmol/??10w3(3)kp?()nkw?()??.(MPa)?(4)kc?()kw?(） ??()() 在等溫下進(jìn)行液相反應(yīng) A+B→C+D，在該條件下 的反應(yīng)速率方程為： 若將 A和 B的初始濃度均為 3mol/l的原料混合進(jìn)行反應(yīng)，求反應(yīng) 4min 時(shí) A的轉(zhuǎn)化率。已知催化劑床層中某處的溫度為 490℃ ，反應(yīng)氣體中氨含量為 10%（ mol），試計(jì)算該處的反應(yīng)速率。利用（ ） 試 ， 求 出 頻 率 因 子A:??k2?Aexp()????104/?723A?k2exp()?2277/e?5?1016?? 16??104/?723k2?Aexp()??10e??104m3(MPa)℃ 的 Kp值由題給公式計(jì)算出logKp?7?7632????????????????10?2 求 k1 值：K2p?k1 k2 k1?K2kp2 求各組分的分壓值：k1?(?10?2)2??104?33m3(MPa)?2?ipA0XA?Api?1?yA0?AXApi0??iyA0XA?Ayi? , pi?yiP1?yA0?AXAyi0?131－（＋）＝－ 2yA0?% ， ?A＝12?yR0?RyA0XA?AyR?1?yA0???1**XA1?1?*(2)*??? ?yA0?yA0XA1?yA0?()1?*(2)* ?43yH0?yA0XAyH?1?yA0?AXA ?** ＝?*(2)*?yiP 反應(yīng)速率為：r???????104???103m3/() 下面是兩個(gè)反應(yīng)的 TX 圖，圖中 AB 是平衡曲線， NP 是最佳溫度曲線， AM 是等溫線， HB 是等轉(zhuǎn)化率線。試計(jì)算轉(zhuǎn)化率為 80%時(shí)的最佳溫度。解：反應(yīng)物 A的消耗速率應(yīng)為兩 反 應(yīng) 速 率 之 和 ， 即 利用（ ）式2RA?rR?2rD???(1?)? 積分之dC?(1?)dt?(1?X)??AA0????CA0?(?)dCA??ln(1?XA)?ln???11???A0??t?.10 在催化劑上進(jìn)行三甲基苯的氫解反應(yīng)：反應(yīng)器進(jìn)口原料氣組成為 %H2,%三甲基苯。（ 2） （ 2） 由題給條件可知，三甲基苯的出口濃度為：pA0?33???10kmol/?10?3?523CA?CA0(1?)??10?3(1?)??10?3kmol/m3 CA0?化學(xué)反應(yīng)工程第五 版 答 案 53_ 化 學(xué) 反 應(yīng) 工 程 答 案?rA?rE?6300CACB?3400CCCB??10?3??10?3kmol/m3CC???10?3??10?3kmol/??1.534?10?3??10?3kmol/???10?3??10?3kmol/ CB??6300??10?3?(?10?3)?3400??10?3?(?10?3)???℃ 等溫下進(jìn)行亞硝酸乙脂的氣相分解反應(yīng)：該反應(yīng)為一級(jí)不可逆反應(yīng) ， 反 應(yīng) 速 率 常 數(shù) 與 溫 度 的 關(guān) 系 為C2H5NO2?NO?CH3CHO?C2H5OH22k??1014exp(??104/T)(s?1)，若反應(yīng)是在恒容下進(jìn)行，系統(tǒng)的起始總壓為，采用的是純亞硝酸乙脂，試計(jì)算亞硝酸乙脂分解率為 80%時(shí)，亞硝酸乙脂的分解速率及乙醇的生成速率。首先將產(chǎn)物的生成速率變?yōu)閷?duì)應(yīng)的反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化速率：1rAR?rR??rS??rT?為：以一摩爾反應(yīng)物 A 為基準(zhǔn)，總摩爾變化數(shù)為：RA?rAR?rAS?rAT??A? 初 始 濃 度 為 ：?3??2??1???2??1.288?10mol/l??10?473CA0? 則有CA0(1?XA)?10?2?????10?3mol/l1?AyA0XA1??? 方法（ 2 ），可將 CA 表示為：RA????10?3??10?3mol/ C(1?X)CA?1?yA0?AjXAj?AR??AS?AT3?1?212?1??11?0 方法（ 3），利用物料衡算可分別求出反應(yīng)物 A生成 R及 S的瞬間選擇性 SR,SS,因而可求出產(chǎn)物 R 及 S 的收率 yR,yS,求得 A轉(zhuǎn)化率為 85% 時(shí)的分率：??1????10?2???623?10?3mol/l1??????10?3?71?10?3mol/??AjXAj?2?yA?yA0(1?yR?yS?yT)??2yA0yR?yA0ySCA?2CAOyA??10?2??2??10?3mol/lRA????10?3??10?3mol/n 其中：SR??(??)??(??)?????? Pt 催化劑上進(jìn)行異丙苯分解反應(yīng)：以 A,B及 R分別表示異丙苯，苯及丙烯，反應(yīng)步驟如下：（ 1） A???A? （ 2）A??B??R（ 3） B??B??若表面反應(yīng)為速率控制步驟，試推導(dǎo)異丙苯分解的速率方程。kaApA?kdAr1?1?kaApAkS?kdAkaApA?KBpBkS?kdA?kSkaApAkS?kdA?kaApA?(kS?kdA) 一氧化碳變換反應(yīng)：在較低溫度下，其動(dòng)力學(xué)方程可表示為：CO(A)?H2O(B)?CO2(C)?H2(D)r?試擬定該反應(yīng)的合適的反應(yīng)步驟。 r? 利用習(xí)題 的數(shù)據(jù)，試用積分法和微分法求其動(dòng)力學(xué)方程。 在 Ni 催化劑上進(jìn)行甲烷化反應(yīng)：dC)?lnk?nlnCAdtCO?3H2?CH4?H2O 數(shù)及正反應(yīng)速率常數(shù)。其中 ???10??11??10a???4??10?11??101?2?b?????10???111k?2?85.73bKB?????103r??1??103pB?2 平均偏差 ??%，結(jié)果是令人滿意的。試問：（ 1） （ 1） 當(dāng)反應(yīng)器的反應(yīng)體積為 1m3 時(shí)，需要多長的反應(yīng)時(shí)間？化學(xué)反應(yīng)工程第五版答案 53_化學(xué)反應(yīng)工程答案（ 2） （ 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 ？t?CA0?XAfXAfdXdX1X?CA0???2220(?RA)kAC(1?X)kCA01????()解：（ 1） ??(2) 因?yàn)殚g歇反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)器的大小無關(guān)，所以反應(yīng)時(shí)間仍為 。解：氯乙醇，碳酸氫鈉，和乙二醇的分子量分別為 ,84 和 62kg/kmol, 每 小 時(shí) 產(chǎn) 乙 二 醇 ： 20/62= kmol/hCH2ClCH2OH?NaHCO3?CH2OHCH2OH?NaCl?CO20.3266??：?30%?84?：?15%???： ?1000CA0??：反應(yīng)時(shí)間：?CA0??????00kCACBkCA0(1?XA)5.2?? 反 應(yīng) 體 積 ：Vr?Q0(t?t )??(?)??（ 2） （ 2） 反應(yīng)器的實(shí)際體積： 丙酸鈉與鹽酸的反應(yīng)：???HCl?C2H5COOH?NaCl 為二級(jí)可逆反應(yīng)（對(duì)丙酸鈉和鹽酸均為一級(jí)），在實(shí)驗(yàn)室中用間歇反應(yīng)器于 50℃ 等溫下進(jìn)行該反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。假定（ 1）原料裝入以及加熱至反應(yīng)溫度（ 50℃ ）所需的時(shí)間為 20min，且在加熱過程中不進(jìn)行反應(yīng)；（ 2）卸料及清洗時(shí)間為 10min；（ 3）反應(yīng)過程中反應(yīng)物密度恒定。所需丙酸鈉的量為 :。反應(yīng)開始時(shí)反應(yīng)混合物的溫度為 50℃ 。（ 2） （ 2） 產(chǎn)物 C的最大濃度；（ 3） （ 3） 對(duì)應(yīng) C 的最大濃度時(shí) A 的轉(zhuǎn)化率。試求 :（ 1） （ 1） 反應(yīng)時(shí)間為 時(shí)，反應(yīng)物系的組成。但仔細(xì)分析這兩種情況，其實(shí)質(zhì)是下述反應(yīng)的特例：k1k2A1???A2???A3 (A) k 當(dāng) 2?0 時(shí)，（ A）式變?yōu)锳1?A2?A3 (B) k1當(dāng) ?0 時(shí)，（ A）式變?yōu)?A1?A2?A3 (C) k?0,k?0時(shí)， 12 當(dāng)（ A）式變?yōu)?A1?A2?A3 (D)其中式（ D）即為書講的一級(jí)不可逆連串反應(yīng)。該反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)溫度下反應(yīng)速率常數(shù)等于 ,最終轉(zhuǎn)化率達(dá) %，試計(jì)算苯酚的產(chǎn)量。 在間歇反應(yīng)器中等溫進(jìn)行下列液相反應(yīng)：A?B?R2A?DrR?rR分別為產(chǎn)物 D及 R的生成速率。 解：（ 1）第二章 題已求出 t== (2)SR?(dCRdC?)/(?A)????1??CA0(1?XA)?2(1?)?CA0?SRdCA??2112??ln(1?)??5kmol/???(3)若轉(zhuǎn)化率仍為 ，且溫度為常數(shù)，則 D 的瞬時(shí)選擇性為： SD?D 的收率：2?(1?XA)?????SDdXA?? 這說明能使 D的收率達(dá)到 70%（ 4）對(duì) 全混流反應(yīng)器，若使 τ=t=, 則有(1?XA)A???? 解 之 得 ：CA=???所以：這說明在這種情況下轉(zhuǎn)化率達(dá)不到 95%。用 t= CA和 CR可以進(jìn)行 A 的轉(zhuǎn)化率和 R的收率計(jì)算： XA?式中 VA為所加入的 A 的體積，且 VA=。將 CB1及 CA2 代入（ 4）式可解出 CB2,其為 τ1,τ2的函數(shù)，即 CB2?f(CA0,?1,?2) （ 5）式中 CA0 為常數(shù)。 在反應(yīng)體積為 490cm3 的 CSTR 中進(jìn)行氨與甲醛生成烏 洛托品的反應(yīng)：式中（ A） NH3,(B)— HCHO,反應(yīng)速率方程為：2rA?kCACB?C?C?0,?0??1??24NH3?6HCHO?(CH2)6N4?6H2Omol/ 化學(xué)反應(yīng)工程第五版答案 53_化學(xué)反應(yīng)工程答案3k??10exp(?3090/T)。反應(yīng)混合物的密度為 864kg/m3,欲使醋酸的轉(zhuǎn)化率達(dá) 60%，求此串聯(lián)系統(tǒng)釜的數(shù)目。倉庫里閑置著兩臺(tái)反應(yīng)釜，一臺(tái)的反應(yīng)體積為 3m3,另一臺(tái)則為 1m3。說明對(duì)此一 級(jí) 反 應(yīng) ， 連 接 方 式 沒 有 影 響 。 解：（ 1 ）全混流反應(yīng)器?2????(1?XA)5?2?(1?)（ 2） （ 2） 兩個(gè)等體積全混流反應(yīng)器串聯(lián)m3Vr1?Vr2?(1?X)A0A1Q0CA0(XA2?XA1)(1?XA2)由于 Vr1?Vr2，所以由上二式得：將 XA2=代 入 上 式 ， 化 簡 后 得 到 XA1= ， 所 以 ：X(X?X)?(1?XA1)(1?XA2) QCXVr1??(1?XA1)m3 串聯(lián)系統(tǒng)總體積為：Vr?2Vr1?（