【正文】 一乙醇胺(M)，二乙醇胺(D)及三乙醇胺，反應(yīng)如下：反應(yīng)速率方程為：該反應(yīng)系在等溫下進(jìn)行，目的產(chǎn)物為一乙醇胺。當(dāng)XA0=0時(shí)，又可寫成：（3）求絕熱溫升。反應(yīng)熱△H298=49974J/mol。解：（1）由題意知：，解之得：或：且：解此一階線性微分方程有：已知：代入上式化簡(jiǎn)得到：通過(guò)試差求出：（2）原料氣需用量。原料氣為苯蒸汽與空氣的混合氣，%（mol）。解：此反應(yīng)為復(fù)合反應(yīng)系統(tǒng)，一般需要多個(gè)物料衡算式聯(lián)立求解，方能解決問(wèn)題。 解：（1）設(shè)A為關(guān)鍵組分，目的產(chǎn)物P的瞬時(shí)選擇性為：(2)若，求下列情況下的總選擇性。（1） 寫出瞬時(shí)選擇性計(jì)算式。A的進(jìn)料流量為3m3/h,其中不含P和Q，試計(jì)算P的最高收率和總選擇性及達(dá)到最大收率時(shí)所需的反應(yīng)體積。105Pa，104Pa，反應(yīng)溫度340℃，反應(yīng)速率常數(shù)為102m3/，計(jì)算A的轉(zhuǎn)化率達(dá)50%時(shí)，A的轉(zhuǎn)化速率。 ，改用活塞流反應(yīng)器，試計(jì)算：（1）所需的反應(yīng)體積；（2）若用兩個(gè)活塞流反應(yīng)器串聯(lián)，總反應(yīng)體積是多少？解：（1）用PFR時(shí)所需的反應(yīng)體積：（2）若用兩個(gè)PFR串聯(lián)，其總反應(yīng)體積與（1）相同。但間歇式反應(yīng)器若不計(jì)輔助時(shí)間，其產(chǎn)量與PFR的產(chǎn)量相同（當(dāng)然要在相同條件下比較）?？稍霎a(chǎn)35%。現(xiàn)擬在反應(yīng)器大小，原料組成及出口轉(zhuǎn)化率均保持不變的前提下（采用等溫操作），增產(chǎn)35%，請(qǐng)你擬定一具體措施（定量說(shuō)明）。（2）若采用PFR，應(yīng)采用如圖所示的加料方式，即A組分沿軸向側(cè)線分段進(jìn)料，而B則在入口處進(jìn)料。因而有：這是由于反應(yīng)器的截面積沒(méi)有固定，固定的是反應(yīng)氣體的線速度等條件，因此，當(dāng)流量提高一倍時(shí)，而其余條件不變，則反應(yīng)器的長(zhǎng)度并不變，只是其截面積相應(yīng)增加。若流量提高一倍，其余條件不變，則反應(yīng)器長(zhǎng)度是多少？解：反應(yīng)歷程如下圖所示：反應(yīng)器于是有：將上述有關(guān)數(shù)據(jù)代入設(shè)計(jì)方程：采用數(shù)值積分便可得到所需的催化劑量：其反應(yīng)體積為：已知：代入物料衡算式有其反應(yīng)管長(zhǎng)：在815℃時(shí)，速率常數(shù)，平衡常數(shù)，假定其它副反應(yīng)可忽略，試求：（1） 此條件下的平衡轉(zhuǎn)化率；（2） 乙烷的轉(zhuǎn)化率為平衡轉(zhuǎn)化率的50%時(shí)，所需的反應(yīng)管長(zhǎng)。進(jìn)氣組成為10%NO,1%NO2,9%O2,80%N2,（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），試計(jì)算反應(yīng)器出口的氣體組成。 ，改用活塞流反應(yīng)器生產(chǎn)乙二醇，試計(jì)算所需的反應(yīng)體積，并與間歇釜式反應(yīng)器進(jìn)行比較。如何使轉(zhuǎn)化率提高到80%？解：根據(jù)上述情況，可能是反應(yīng)器的攪拌系統(tǒng)有些問(wèn)題，導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)部存在死區(qū)或部分物料走了短路，這些均可導(dǎo)致反應(yīng)器的效率降低，從而使轉(zhuǎn)化率下降。3．24 某車間采用連續(xù)釜式反應(yīng)器進(jìn)行已二酸和已二醇的縮聚反應(yīng)，以生產(chǎn)醇酸樹酯。問(wèn)：（1） 絕熱溫升是多少？若采用絕熱操作能否使轉(zhuǎn)化率達(dá)到80%？操作溫度為多少？（2） 在100℃下等溫操作，換熱速率為多少？解：（1）絕熱升溫：由物料衡算式（）：由熱量衡算式得：T=298+。解：（1） 求轉(zhuǎn)化率：解得:XAf=反應(yīng)器出口物料中醋酐濃度：（2） 單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)器向大氣散出的熱量： 3．22 在反應(yīng)體積為1 m3的釜式反應(yīng)器中，環(huán)氧丙烷的甲醇溶液與水反應(yīng)生產(chǎn)丙二醇1，2：該反應(yīng)對(duì)環(huán)氧丙烷為一級(jí)，,環(huán)氧丙烷的最終轉(zhuǎn)化率為90%。因題意要求丙酸產(chǎn)量不變，故Q0不能變，必須將反應(yīng)器體積增大至14240 l才行。當(dāng)改為連續(xù)操作時(shí)，轉(zhuǎn)化率下降了，所以反應(yīng)器出口丙酸的濃度也低于間歇反應(yīng)器的結(jié)果。如果為了提高順丁烯二酸酐的轉(zhuǎn)化率，使Q0=,而保持其它條件不變，則這時(shí)的移熱速率線如q’r所示。解：分別列出組分B,M,D,T,C的物料衡算式： (1) (2) (3) (4) (5)由（5）式得： (6)聯(lián)立（1）,(2),(3),(4),（6）式（五個(gè)方程，五個(gè)未知數(shù)）：由（2）式得： (7)由（3）式得： (8)將（1）,(7),（8）式代入（6）得：整理得：解得：CC= kmol/m3代入（1）式得：代入（7）式得：代入（8）式得：代入（4）式得：驗(yàn)證：即：B的分子量為140；D的分子量為140。若出料中A的轉(zhuǎn)化率為92%，試求：（1）所需的反應(yīng)體積；（2）B及D的收率。rA為組分A的轉(zhuǎn)化速率，rD為D的生成速率。解：（1）全混流反應(yīng)器（2）現(xiàn)擬將它們用來(lái)生產(chǎn)醋酸丁酯，初步?jīng)Q定采用等溫連續(xù)操作，丁酯則大量過(guò)剩，該反應(yīng)對(duì)醋酸為2級(jí)，要求醋酸的最終轉(zhuǎn)化率不小于50%，這兩臺(tái)反應(yīng)釜可視為全混反應(yīng)器，你認(rèn)為采用怎樣的串聯(lián)方式醋酸丁酯的產(chǎn)量最大？為什么？試計(jì)算你所選用的方案得到的醋酸丁酯產(chǎn)量。由計(jì)量關(guān)系得：從已知條件計(jì)算出：將上述數(shù)據(jù)代入（A）式，化簡(jiǎn)后得到：若i=1,則（B）式變?yōu)椋航庵茫喝鬷=2,則（B）式變?yōu)椋航庵茫喝鬷=3,則（B）式變?yōu)椋航庵茫杭矗喝?lián)能滿足要求。 在一多釜串聯(lián)系統(tǒng)。將CB1及CA2代入（4）式可解出CB2,其為τ1,τ2的函數(shù)，即 （5）式中CA0為常數(shù)。用t=：式中VA為所加入的A的體積，且VA=。解：（1） 已求出 t==(2) (3) ，且溫度為常數(shù)，則D的瞬時(shí)選擇性為：D的收率：這說(shuō)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=,則有解之得：CA=，所以：這說(shuō)明在這種情況下轉(zhuǎn)化率達(dá)不到95%。 在間歇反應(yīng)器中等溫進(jìn)行下列液相反應(yīng)：rD及rR分別為產(chǎn)物D及R的生成速率。（1） 如果這個(gè)反應(yīng)器是間歇操作反應(yīng)器，并設(shè)輔助操作時(shí)間為15min。如何選擇原料配比？（2） 若采用多段全混流反應(yīng)器串聯(lián)，何種加料方式最好？（3） 若用半間歇反應(yīng)器，加料方式又如何？解：（1）由上式知，欲使S增加，需使CA低，CB高，但由于B的價(jià)格高且不易回收，故應(yīng)按主反應(yīng)的計(jì)量比投料為好。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： (A)當(dāng)時(shí)，（A）式變?yōu)? (B)當(dāng)時(shí)，（A）式變?yōu)? (C)當(dāng)時(shí)，（A）式變?yōu)? (D)其中式（D）即為書講的一級(jí)不可逆連串反應(yīng)。反應(yīng)物系的組成。 對(duì)應(yīng)C的最大濃度時(shí)A的轉(zhuǎn)化率。 k2/k1；（2） 如果要求全部反應(yīng)物都轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物R，是否可能？為什么？解：(1) （由數(shù)值積分得出）(2) 若A全部轉(zhuǎn)化為R,即XA=,則由上面的積分式知，t→∝,這顯然是不可能的。（1） 在間歇反應(yīng)器中，在絕熱條件下進(jìn)行液相反應(yīng)：其反應(yīng)速率方程為：式中組分A及B的濃度CA及CB以kmol/m3為單位，溫度T的單位為K。在同樣條件下，間歇反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)器的大小無(wú)關(guān)，因此該生產(chǎn)規(guī)模反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間也是48min。試求反應(yīng)器的反應(yīng)體積。解：氯乙醇，碳酸氫鈉，,84 和 62kg/kmol,每小時(shí)產(chǎn)乙二醇： 20/62= kmol/h每小時(shí)需氯乙醇：每小時(shí)需碳酸氫鈉：原料體積流量：氯乙醇初始濃度：反應(yīng)時(shí)間：反應(yīng)體積：（2） 反應(yīng)器的實(shí)際體積：解：首先將動(dòng)力學(xué)方程式直線化：或y=b+ax。解：由題意可寫出速率方程式：，反應(yīng)速率式可簡(jiǎn)化為：式中。首先用CA～t曲線，在曲線上取時(shí)間為0，1，2，……9h所對(duì)應(yīng)點(diǎn)的切線，為了準(zhǔn)確可采用鏡面法，求得各切線的斜率即為對(duì)應(yīng)的dCA/dt之值，然后再以dCA/dt～CA作圖，所求的dCA/dt值如下表所示：t(h)0123456789CA(mol/l)dCA/dt(mol/)設(shè)為一級(jí)不可逆反應(yīng)，用dCA/dt～CA作圖得一直線，其動(dòng)力學(xué)方程可表示為：或?qū)⑺俾史匠讨本€化，即兩邊取對(duì)數(shù)，得：可簡(jiǎn)化為y=b+ax形式，利用多元回歸，可求得反應(yīng)級(jí)數(shù)n=≈1，反應(yīng)速率常數(shù)值為k=。 ，試用積分法和微分法求其動(dòng)力學(xué)方程。解：根據(jù)題意，假設(shè)反應(yīng)步驟如下：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：其余的兩步可認(rèn)為達(dá)到平衡，則有：由于，有：將代入速率式，得：式中。 在銀催化劑上進(jìn)行乙烯氧化反應(yīng)：，化作其反應(yīng)步驟可表示如下：（1） （2）（3）（4）若是第三步是速率控制步驟，試推導(dǎo)其動(dòng)力學(xué)方程。反應(yīng)在恒容下進(jìn)行，當(dāng)反應(yīng)器出口的CH4轉(zhuǎn)化率為80%時(shí)，CO2和H2的生成速率是多少？（2） 反應(yīng)在恒壓下進(jìn)行，其它條件如（1），CO2的生成速率又是多少？解：（1）由題意可將反應(yīng)速率表示為：對(duì)于恒容過(guò)程，則有當(dāng)XA0=（2）對(duì)于恒壓過(guò)程，是個(gè)變?nèi)莘磻?yīng)過(guò)程，由（）式可求得總摩爾數(shù)的變化反應(yīng)物A的原始分率：由（）式可求得轉(zhuǎn)化率為80%時(shí)的濃度： 在473K等溫及常壓下進(jìn)行氣相反應(yīng)：（1） （2） （3） 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)。若采用恒壓反應(yīng)，乙醇的生成速率又是多少？解：（1）恒容過(guò)程，其反應(yīng)式可表示為：反應(yīng)速率式表示為：設(shè)為理想氣體，反應(yīng)物A的初始濃度為：亞硝酸乙脂的分解速率為：乙醇的生成速率為：（2）恒壓過(guò)程，由于反應(yīng)前后摩爾數(shù)有變化，是個(gè)變?nèi)葸^(guò)程，由（）式可求得總摩爾數(shù)的變化。（2） 若這兩個(gè)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程分別為： ，則出口處二甲基苯的生成速率是多少？解：以100mol為計(jì)算基準(zhǔn)，設(shè)X為三甲基苯的轉(zhuǎn)化率，Y為生成的甲苯摩爾數(shù)。解：（1）求出轉(zhuǎn)化率為80%時(shí)各組分的分壓：以100mol為基準(zhǔn)xSO2O2SO3N2∑007()== （2）求與上述組成對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)KP值：(3) 求平衡溫度Te(4) 利用（）式求逆反應(yīng)活化能值(5) 利用（）式求最佳溫度TOP 在一恒容反應(yīng)器中進(jìn)行下列液相反應(yīng)： 式中rR,rD分別表示產(chǎn)物R及D的生成速率。 在進(jìn)行一氧化碳變換反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究中，采用B106催化劑進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)得正反應(yīng)活化能為，如果不考慮逆反應(yīng)，試問(wèn)：反應(yīng)溫度是550℃時(shí)的速率比反應(yīng)溫度是400℃時(shí)的速率大多少倍？解：從題中可知，反應(yīng)條件除了溫度不同外，其它條件都相同，而溫度的影響表現(xiàn)在反應(yīng)速率常數(shù)k上，故可用反應(yīng)速率常數(shù)之比來(lái)描述反應(yīng)速率之比。）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。解：由題中條件知是個(gè)等容反應(yīng)過(guò)程，且A和B的初始濃度均相等，（4） 以摩爾濃度表示反應(yīng)物系組成時(shí)的速率常數(shù)kC。VR/Q0minXA%故CO的轉(zhuǎn)化速率為 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：式中yCO和yCO2為一氧化碳及二氧化碳的瞬間摩爾分率。切線的斜率為由（）式可知反應(yīng)物的水解速率為2 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 在一體積為4L的恒容反應(yīng)器中進(jìn)行A的水解反應(yīng)，反應(yīng)前 %（重量），混合物的密度為1g/mL，反應(yīng)物A的分子量為88。經(jīng)冷凝分離后的氣體組成（亦即放空氣體的組成）如下：組分摩爾質(zhì)量摩爾分率yi（%）CO28H22CO244CH416N228總計(jì)（摩爾比），試計(jì)算：（1）一氧化碳的單程轉(zhuǎn)換率和全程轉(zhuǎn)化率；（2）甲醇的單程收率和全程收率。100kmol 放空氣體1. 2 工業(yè)上采用銅鋅鋁催化劑由一氧化碳和氫合成甲醇，其主副反應(yīng)如下：由于化學(xué)平衡的限制，反應(yīng)過(guò)程中一氧化碳不可能全部轉(zhuǎn)化成甲醇，為了提高原料的利用率，生產(chǎn)上采用循環(huán)操作，即將反應(yīng)后的氣體冷卻，可凝組份變?yōu)橐后w即為粗甲醇，不凝組份如氫氣及一氧化碳等部分放空，大部分經(jīng)循環(huán)壓縮機(jī)后與原料氣混合返回合成塔中。檢測(cè)方法及方法確認(rèn)作業(yè)指導(dǎo)書天津大學(xué)：《反應(yīng)工程》（第二版）習(xí)題答案1 緒 論 在銀催化劑上進(jìn)行甲醇氧化為甲醛的反應(yīng)： 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（X）達(dá)72%，甲醛的收率（Y）%。