【正文】 , 3 .6 mi n , 1 .5 mi n , 0 , 1 mi n? ? ?? ? ? ? ?k k k k t 由（ 5）～（ 9）式得 1230 .5 5 9 2 /0 .5 0 9 8 /0 .9 3 1 /???AAAC m ol lC m ol lC m ol l （ 2）當 t→∝ 時，由（ 5）～（ 9）式得 1 2 30 /? ? ?A A AC C C m ol l （ 3）此時為 39。1 2 1 2 2 1? ? ?k k k k k k?? (8) 39。 39。 39。2 1 1 2 3 1 2 2 2? ? ? ?dC k C k C k C k Cdt (2) 39?？梢娭灰玫剑?A）式的解，則可容易化簡得到（ B） ,(C)及 (D)式的解。2 0?k 時，（ A）式變?yōu)?1 2 3??A A A (B) 當 39。 （ 2） （ 2） 反應(yīng)時間無限延長時，反應(yīng)物系的組成。11????????????? ??kkA AACAAC CCCk CCk （ C） 將 t1,CA,CC 及 t2,CA,CC 數(shù)據(jù)代入（ C）式化簡得： 2 5 8 2 5 8 ? ? ? ? ? ? ?xx 解之得： 39。11? ? ?CCAAdC k CdC k C 解此微分方程得： 39。1??A AdC kCdt （ A） 39。 39。 （ 2） （ 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) ? ?0000 4 ( 40 00 )() ( ) 32 3 32 3 39 . 02? ? ???? ? ? ? ? ? ?ArA A A AFCHT T X X X XC 00014 2 20()91 .3211000 10 e x p ( ) ( 1 )32 3 39 .01???? ? ?????A f A fXXAAAAA A BAAAAAdX dXt C CR kC CdXChCXX （由數(shù)值積分得出） 323 1 356. 2? ? ? ?TK (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 。該反應(yīng)的熱效應(yīng)等于 4000kJ/kmol。由于在同樣條件下，間歇反應(yīng)器的反應(yīng)時間與反應(yīng)器的大小無關(guān)，所以該生產(chǎn)規(guī)模反應(yīng)器的反應(yīng)時間也是 48min。不同反應(yīng)時間下， NaOH 溶液用量如下表所示： 時間， min 0 10 20 30 50 ∝ NaOH 用量， ml 現(xiàn)擬用與實驗室反應(yīng)條件相同的間歇反應(yīng)器生產(chǎn)丙酸，產(chǎn)量為 500kg/h，且丙酸鈉的轉(zhuǎn)化率要達到平衡轉(zhuǎn)化率的 90%。 （ 1） （ 1） 若輔助時間為 ，試計算反應(yīng)器的有效體積； （ 2） （ 2） 若裝填系數(shù)取 ，試計算反應(yīng)器的實際體積。要求最終轉(zhuǎn)化率達到 95%。 解：首先將動力學(xué)方程式直線化： 21( 1 )? ? ? ?? A B A B B BBBkp p p p KrpK p r kk 或 y=b+ax。 ?? aCH CO Hr k p p 但由于氫的分壓保持為 的恒定值，反應(yīng)速率式可簡化為： 4 ? aCH COr kp 式中 239。 t(h) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0ln( )AACC 0 2 1 3 9 8 7 2 8 3 作圖得一直線，其斜率為 ，故假設(shè)一級反應(yīng)是合理的，其動力學(xué)方程可表示為： 0 . 4 2 5 / .? ? ?AAAdCr C m o l l hdt 用微分法求解動力學(xué)方程 首先用 CA～ t 曲線，在曲線上取時間為 0， 1， 2，…… 9h 所對應(yīng)點的切線，為了準確可采用鏡面法，求得各切線的斜率即為對應(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) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 CA(mol/l) 0 0 2 5 dCA/dt(mol/l.h) 0 5 5 1 7 5 6 3 5 5 設(shè)為一級不可逆反應(yīng)，用 dCA/dt～ CA作圖得一直線，其斜率為 ，其動力學(xué)方程可表示為： 0 . 5 / .? ? ?AAAdCr C m o l l hdt 或?qū)⑺俾史匠讨本€化，即兩邊取對數(shù)，得： ln ( ) ln ln? ? ?A AdC k n Cdt 可簡化為 y=b+ax 形式，利用多元回歸，可求得反應(yīng)級數(shù) n=≈ 1， 反應(yīng)速率常數(shù)值為 k=。但上述假定的反應(yīng)步驟不是唯一的。 解：先寫出各步的速率式： 123( 1 )( 2 )( 3 )? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ?? ? ? ?aA A V dA ASAdB B aB A VA A r k p kA B D r kB B r k k p 由于（ 1）是速率控制步驟，第（ 2）步是不可逆反應(yīng)，其反應(yīng)速率應(yīng)等于（ 1）的吸附速率，故有： ? ? ???aA A V dA A S Ak p k k 整理得： ?? ? ?aA A VAS dAkpkk 根據(jù)定態(tài)近似原則 0()( ) /?? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?????BS A dB B aA A VS aA AdB B S A aA A V aB B VS aAS aA AB aB B V dBS aAdk k k pdtk k pk k k p k pkkk k pk p kkk 因為 1???? ? ?A B V 將 ,??AB代入上式，化簡后得： 11? ????V a A A BBS d Akp Kpkk 最后將 ,??AV代入吸附速率式，即為該反應(yīng)的動力學(xué)方程式。 由（ ）式可求得組分的瞬 間濃度： 22001 4 2 6( 1 ) 2 .5 2 3 1 0 ( 1 0 .8 ) 2 .8 0 3 1 0 /1 1 1 1 0 .81 .3 9 1 0 e x p( 1 8 9 7 3 / 4 8 3 ) 2 .8 0 3 1 0 3 .3 9 5 1 0 / .?????? ??? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?AAAA A AAACXC m o l lyXr k C m o l l s乙醇的生成速率為： 61 1 . 6 9 8 1 0 / .2 ?? ? ?DAR r m o l l s 甲烷與水蒸氣在鎳催化劑及 750℃等溫下的轉(zhuǎn)化反應(yīng)為： 4 2 2 224? ? ?CH H O CO H 原料氣中甲烷與水蒸氣的摩爾比為 1： 4，若這個反應(yīng)對各反應(yīng)物均為一級，已知 k=2l/,試求： （ 1） （ 1） 反應(yīng)在恒容下進行，系統(tǒng)的初始總壓為 ，當反應(yīng)器出口的 CH4 轉(zhuǎn)化率為 80%時， CO2 和 H2 的生成速率是多少？ （ 2） （ 2） 反應(yīng)在恒壓下進行，其他條件如（ 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： 24? ? ? ?C A BA B C D r kC C 對于恒容過程，則有 000300 33300( 1 )2 13 2 10 / 4 10 10234 4 2 10 8 10 /?????????? ? ? ???? ? ? ? ? ?A A AB B A AAABAC C XC C C XPC m ol lRTC C m ol l 當 XA0= 時 3403 3 3004 3 665( 1 ) 2. 38 2 10 0. 2 4. 76 4 10 /2 9. 52 8 10 2 2. 38 2 10 0. 8 5. 71 7 10 /2 4. 76 4 10 5. 71 7 10 5. 44 7 10 / .4 4 5. 44 7 10 2. 17 9 10 / .??? ? ?? ? ???? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?A A AB B A AC C A BDCC C X m ol lC C C X m ol lR r kC C m ol l sR r m ol l s （ 2）對于恒壓過程，是個變?nèi)莘磻?yīng)過程，由（ ）式可求得總摩爾數(shù)的變化 1 4 1 2/21? ? ? ? ? ?? ? ??A t A 反應(yīng)物 A 的原始分率： 0 1 ???Ay 由（ ）式可求得轉(zhuǎn)化率為 80%時的濃度： 3 400( 1 ) 2 . 3 8 2 1 0 ( 1 0 . 8 ) 3 . 6 0 9 1 0 /1 1 2 0 . 2 0 . 8? ? ?? ??? ? ? ?? ? ? ?AAAA A ACXC m o l lyX 33 50002 9 . 5 2 8 1 0 2 2 . 3 8 2 1 0 0 . 8 4 . 3 3 1 1 0 /1 1 2 0 . 2 0 . 8? ?? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?B A ABA A AC C XC m o l lyX4 5 662 9 10 1 10 6 10 / . 6 10 / .? ? ??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?A A BCCr kC C m ol l sR r m ol l s 在 473K 等溫及常壓下進行氣相反應(yīng)： （ 1） 3?AR / m in??RAr C m ol l （ 2） 2?AS / m inSAr C m ol l （ 3） ?AT / m in??TAr C m ol l 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 A 的轉(zhuǎn)化率達 85%時，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） 用物料衡算求出口氣體組成： 組分名稱 X=0 時 X= 時 三甲基苯 (A) （ 1X） 氫（ B） 二甲基苯 (C) 0 甲烷 (D) 0 +Y 甲基苯（ E） 0 Y ∑ 由題給條件可知，混合氣中氫的含量為 20%，所以有： =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，試計算 A 的轉(zhuǎn)化率達到 95%時所需的反應(yīng)時間。 4 0 0 5 5 011 96290 11() ()55 0 55 0 55 0 8. 31 4 67 3 82 340 0 40 0400e x p( )23e x p( ) （倍）? ??? ? ? ? ??ER T TEAr k RTeer k EART 常壓下，在釩催化劑上進行 SO2氧化反應(yīng)，原料氣組成為 7%O2及 82%N2。11239。 450℃時3 0. 5 32 22 77 ( ) /??k m M P a m h，且 212/ ? Pk k K ， 490℃時， Kp 可按下式計算： 4 7 2lo g 2 0 4 7 .8 / 2 .4 9 4 3 lo g 1 .2 5 6 1 0 1 .8 5 6 4 1 0 3 .2 0 6??? ? ? ? ? ? ?pK T T T T注： m3 為標準立方米。 氨合成塔入口的氣體組 成為 %NH3,%N2,%H2,%Ar 及。 解：利用（ ）式及（ ）式可求得問題的解。如催化劑的比表面積為 30m2/g，堆密度為，試計算： （ 1） （ 1） 以反應(yīng)體積為基準的速率常數(shù) kV。 解：利用反應(yīng)時間與組分 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= 時該點的切線