【正文】 原料氣 Bkg/h 粗甲醇 Akmol/h 循環(huán)壓縮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1kg粗甲醇而言，其溶解量為CO2 ,CO ,H2 ,CH4 ,。進(jìn)料的平均摩爾質(zhì)量Mm=∑yiMi=。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=，即為水解速率。解：是一個(gè)流動反應(yīng)器，其反應(yīng)速率式可用（）式來表示故反應(yīng)速率可表示為：用XA～VR/Q0作圖，過VR/Q0=，得該條件下dXA/d(VR/Q0)值α。（3） 以分壓表示反應(yīng)物系組成時(shí)的速率常數(shù)kg。 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。%NH3,%N2,%H2,%。450℃時(shí) ，且，490℃時(shí)，Kp可按下式計(jì)算：（注：m3為標(biāo)準(zhǔn)立方米。二氧化硫在釩催化劑上氧化的正反應(yīng)活化能為 ，化學(xué)計(jì)量數(shù)等于2，反應(yīng)式為：其平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系為：該反應(yīng)的熱效應(yīng)。當(dāng)反應(yīng)器出口三甲基苯的轉(zhuǎn)化率為80%時(shí)，其混合氣體的氫含量為20%，試求：（1） 此時(shí)反應(yīng)器出口的氣體組成。 在210℃等溫下進(jìn)行亞硝酸乙脂的氣相分解反應(yīng)：該反應(yīng)為一級不可逆反應(yīng)，反應(yīng)速率常數(shù)與溫度的關(guān)系為，若反應(yīng)是在恒容下進(jìn)行，采用的是純亞硝酸乙脂，試求：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。 甲烷與水蒸氣在鎳催化劑及750℃等溫下的轉(zhuǎn)化反應(yīng)為：原料氣中甲烷與水蒸氣的摩爾比為1：4，若這個(gè)反應(yīng)對各反應(yīng)物均為一級，已知：k=2l/，試求：（1）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：以表面反應(yīng)速率方程來代表整個(gè)反應(yīng)的速率方程：由于將代入上式得：整理得：將代入速率方程中其中 一氧化碳變換反應(yīng)：在較低溫度下，其動力學(xué)方程可表示為：試擬定該反應(yīng)的合適的反應(yīng)步驟。t(h)01234567890作圖得一直線，故假設(shè)一級反應(yīng)是合理的，其動力學(xué)方程可表示為：用微分法求解動力學(xué)方程。 在Ni催化劑上進(jìn)行甲烷化反應(yīng)：由實(shí)驗(yàn)測得200℃時(shí)甲烷生成速率RCH4及CO和H2分壓pCO,pH 2的關(guān)系如下：pCO(MPa)pH2(MPa)RCH4若該反應(yīng)的動力學(xué)方程可用冪函數(shù)表示，試用最小二乘法求一氧化碳的反應(yīng)級數(shù)及正反應(yīng)速率常數(shù)。在473K等溫下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：序號pA103MPapB103MPar104mol/1234567891011試求：該溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)k和吸附平衡常數(shù)KB。試問：（1） 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）(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)。（1） ，試計(jì)算反應(yīng)器的實(shí)際體積。不同反應(yīng)時(shí)間下，NaOH溶液用量如下表所示：時(shí)間，min010203050∝NaOH用量，ml現(xiàn)擬用與實(shí)驗(yàn)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(dá)到平衡轉(zhuǎn)化率的90%。由上圖，當(dāng)CA=，所對應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間為48min。原料處理量為：反應(yīng)器體積： 實(shí)際反應(yīng)體積： 反應(yīng)開始時(shí)反應(yīng)混合物的溫度為50℃。試求:（1） 解：根據(jù)題中給的兩種反應(yīng)情況，可分別列出微分方程，然后進(jìn)行求解。：目的產(chǎn)物為R，B的價(jià)格遠(yuǎn)較A貴且不易回收，試問：（1） 該反應(yīng)為一級反應(yīng)，,%，試計(jì)算苯酚的產(chǎn)量。假如B的量為1m3，試計(jì)算A加完時(shí)，組分A所能達(dá)到的轉(zhuǎn)化率及R的收率。取步長△t=，直至求至t=。 由（1）式解出CA1代入（3）式可解出CA2。將τ1,τ2代入（5）式即可求出B的最高濃度，,τ2代入CA2，則由XA2=(CA0CA2)/CA0可求出最終轉(zhuǎn)化率。解：即得： 整理得： 解得： XAf=反應(yīng)器出口A,B得濃度分別為：解：等體積的多釜串聯(lián)系統(tǒng)A,B,C,D分別代表乙酸，乙酸乙酯和水。倉庫里閑置著兩臺反應(yīng)釜，一臺的反應(yīng)體積為3m3,另一臺則為1m3。說明對此一級反應(yīng)，連接方式?jīng)]有影響。(2)兩個(gè)等體積的全混流反應(yīng)器串聯(lián)；（3）保證總反應(yīng)體積最小的前提下，兩個(gè)全混流反應(yīng)器串聯(lián)。 ，進(jìn)行液相反應(yīng)：CA,CR為組分A及R的濃度。 在全混流反應(yīng)器中等溫進(jìn)行下列液相反應(yīng)：進(jìn)料速率為360l/h,其中含25%A,5%C（均按質(zhì)量百分率計(jì)算）。 k3=105l/ 。各個(gè)反應(yīng)對各反應(yīng)物均為一級。 代入（2）式得： （5）由（1）式及（5）式作圖得：T326330340350360365370qg由上圖可知，此反應(yīng)條件下存在著兩個(gè)定態(tài)點(diǎn)。該反應(yīng)溫度不得超過373K，因此從圖上知，不可能出現(xiàn)三個(gè)定態(tài)點(diǎn)的情況。此即間歇操作時(shí)的(t+t0)。（2）若維持XA=，=，進(jìn)而求出這時(shí)對應(yīng)的空時(shí)τ=。第三釜出口丙酸鈉的轉(zhuǎn)化率為：XA3=。（2）二個(gè)300l釜并聯(lián)，在最終轉(zhuǎn)化率相同時(shí)，Q0增加一倍，生產(chǎn)能力也增加一倍。試求：(1) 反應(yīng)器出口物料中醋酐的濃度；(2) 單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)器向大氣散出的熱量。3．23 ，,忽略反應(yīng)熱隨溫度的變化，且為2231kJ/kg烏洛托品，反應(yīng)物料入口溫度為25℃。但轉(zhuǎn)化率仍不能提高，試分析其原因。解：根據(jù)題意可知甲苯加氫反應(yīng)為恒容過程，原料甲苯與氫的摩爾比等于1，即：，則有：示中下標(biāo)T和H分別代表甲苯與氫，其中：所以，所需反應(yīng)器體積為：所以，反應(yīng)器的長度為： 105Pa及20℃：式中的濃度單位為kmol/m3。已知：所以，反應(yīng)速率為：再將有關(guān)數(shù)據(jù)代入（A）式： （B）用數(shù)值積分試差求得：因此，另：本題由于惰性氣體N2占80%，故此反應(yīng)過程可近似按恒容過程處理，也不會有太大的誤差。反應(yīng)速率方程如下：式中pA為乙烷分壓。若以1摩爾C2H6為基準(zhǔn)，反應(yīng)前后各組分的含量如下：反應(yīng)前 1 0 0 1 2平衡時(shí) 1Xe Xe Xe 1 2+ Xe因此，平衡時(shí)各組分分壓為：將其代入平衡式有：解此一元二次方程得：（2） 所需的反應(yīng)管長：首先把反應(yīng)速率方程變?yōu)橐员ＷC速率方程的單位與物料衡算式相一致。解：由反應(yīng)計(jì)量方程式知反應(yīng)過程為恒容過程，將速率方程變?yōu)锽組分轉(zhuǎn)化率的函數(shù)，其中：為求各組分初始分壓，須將加料組成的質(zhì)量百分比化為摩爾百分比，%B,%A,%Q。若反應(yīng)器入口處反應(yīng)氣體的線速度為20m/s，%時(shí)，出口的氣體線速度時(shí)多少？反應(yīng)器的長度是多少？105Pa，700℃。據(jù)XA=FA0FA/FA0，可求出FA,in=,FAf=,所以，XAf=()/=。試問：（1） 在原料配比上有何要求？（2） 若采用活塞流反應(yīng)器，應(yīng)采用什么樣的加料方式？（3） 如用間歇反應(yīng)器，又應(yīng)采用什么樣的加料方式？解：對于復(fù)合反應(yīng)，選擇的原則主要是使目的產(chǎn)物R的最終收率或選擇性最大，根據(jù)動力學(xué)特征，其瞬時(shí)選擇性為：由此式可知要使S最大，CA越小越好，而CB越大越好，而題意又給出R與B極難分離，故又要求CB不能太大，兼顧二者要求：（1）原料配比，如果R與B極難分離為主要矛盾，則除去第二個(gè)反應(yīng)所消耗的A量外，應(yīng)按第一個(gè)反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量比配料，而且使B組分盡量轉(zhuǎn)化。 在管式反應(yīng)器中400℃等溫下進(jìn)行氣相均相不可逆吸熱反應(yīng)。具體值為:解此式可得：T2=。解：用活塞流反應(yīng)器：將已知數(shù)據(jù)代入得：解得：，所以苯酚產(chǎn)量為：由計(jì)算可知改用PFR的苯酚產(chǎn)量遠(yuǎn)大于全混流反應(yīng)器的苯酚產(chǎn)量，也大于間歇式反應(yīng)器的產(chǎn)量。R的收率與間歇反應(yīng)器時(shí)的收率也相同，%。B在管的下部，氣相為B所飽和，反應(yīng)在氣相中進(jìn)行。 在一活塞流反應(yīng)器中進(jìn)行下列反應(yīng)：兩反應(yīng)均為一級，反應(yīng)溫度下，k1=，k2=。目的產(chǎn)物為P。反應(yīng)物A從反應(yīng)器的一端連續(xù)地加入，而B則從不同位置處分別連續(xù)加入，使得器內(nèi)處處B的濃度均等于1kmol/m3,反應(yīng)器進(jìn)出口處A的濃度分別為19和1kmol/m3。若原料氣處理量為1800標(biāo)準(zhǔn)m3/h，要求A的轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%，計(jì)算所需的反應(yīng)體積及反應(yīng)產(chǎn)物Q的收率。 在充填釩催化劑的活塞流反應(yīng)器中進(jìn)行苯（B）氧化反應(yīng)以生產(chǎn)順丁烯二酸酐（MA）：這三個(gè)反應(yīng)均為一級反應(yīng)，反應(yīng)活化能（kJ/mol）如下：E1=70800,E2=193000,E3=124800指前因子（kmol/）分別為A1=,A2=108,A3=105Pa和704K等溫進(jìn)行。試計(jì)算（1）苯的最終轉(zhuǎn)化率；（2）原料氣需用量；（3）所需的催化劑量。原料氣溫度為873K，氫及甲苯的摩爾比為5。（2）如果不考慮熱容Cpt隨物料組成及溫度的變化，即用平均溫度及平均組成下的熱容代替，則積分(A)式得： (B)式中：T0為反應(yīng)入口；XA0為初始轉(zhuǎn)化率：此時(shí)（A）式化為線性方程。其絕熱溫升： (E)因?yàn)榉磻?yīng)出口未知，所以需將(C),(D)及(E)式聯(lián)立試差求解得：（4）在（3）的條件下，當(dāng)XA=，絕熱反應(yīng)器的出口溫度：（3） 根據(jù)（2）的結(jié)果，說明原料加入方式。（2）根據(jù)（1）的結(jié)果，可選活塞流反應(yīng)器，并使B從側(cè)線分段進(jìn)料，而A從進(jìn)口進(jìn)料，采用連續(xù)操作，如圖所示：。（3）第一個(gè)反應(yīng)器，而第二個(gè)反應(yīng)器，兩個(gè)反應(yīng)器出口混合后：（4）用一個(gè)反應(yīng)體積為2m3代替，其結(jié)果同（1）。但時(shí)，其總轉(zhuǎn)化率是下降的。105Pa。，副產(chǎn)二甘醇：這兩個(gè)反應(yīng)對各自的反應(yīng)物均為一級，速率常數(shù)比k2/k1為2，原料中水與環(huán)氧乙烷的摩爾比為20，且不含產(chǎn)物。但它告訴我們，當(dāng)CA=0時(shí)，為乙二醇的最大收率，即： (D)解：又因?yàn)椋簄B:nA=20:1，所以有代入可得： (E)將（E）式代入（C）式化簡后可得：解此一元二次方程得：XB=，也就是說欲使乙二醇收率最大，%。，其速率方程為，反應(yīng)溫度下，每小時(shí)處理1000mol原料，其中A占99%（mol），其余為P。 為使所需反應(yīng)體積最小，采用何種型式反應(yīng)器好？并算出你所選用的反應(yīng)體積。（3） （3） 當(dāng)循環(huán)比ψ=0時(shí)，反應(yīng)體積為多少？解：（1）從自催化反應(yīng)動力學(xué)特性可知，速率RA隨CA的變化存在極大值，令：所以或：其最大速率：故采用兩器串聯(lián)可使反應(yīng)體積最小，如圖示，以極值處為兩器的分界線。所以，對（A）式積分得時(shí)的反應(yīng)體積：（3）當(dāng)循環(huán)比時(shí)，即為CSTR，反應(yīng)體積為（4）當(dāng)循環(huán)比時(shí)，即為PFR，反應(yīng)體積為℃下在管式反應(yīng)器中進(jìn)行純度為90%的甲烷高溫?zé)崃呀夥磻?yīng)：其速率方程為：其速率常數(shù)為：試問：（1） （1） 若考慮第三步反應(yīng)，C2H4的最大收率是否改變？（3） （3）但是，實(shí)際上該高溫裂解反應(yīng)，為得到中間目的產(chǎn)物，通常XA只有百分之幾，所以為便于計(jì)算和討論，本題可近似看成恒容過程。 用圖表示各組分隨空時(shí)的變化關(guān)系，由動力學(xué)數(shù)據(jù)可導(dǎo)出因題中未給出原料的其他組分，現(xiàn)假定原料中不含產(chǎn)物，則最終產(chǎn)物C或H2的濃度據(jù)物料衡算導(dǎo)出，如C(這里假定碳的擬濃度，用CC表示) 或：因此，各組分Ci/CA0～τ的關(guān)系可據(jù)上式做出，其示意圖如下：各反應(yīng)組分的熱容（J/）與溫度（K）的關(guān)系如下：。現(xiàn)選入口溫度T0為基準(zhǔn)溫度，需求出：將有關(guān)數(shù)據(jù)代入得然后將所需數(shù)據(jù)代入基本設(shè)計(jì)方程得微分方程組：式中，此方程組用數(shù)值法求解。不過，實(shí)際上如此長的管道是不可取的，應(yīng)考慮很多根管子并聯(lián)，即列管式反應(yīng)器，這里不再多述。據(jù)式（）求最佳溫度，其中Te為對應(yīng)于轉(zhuǎn)化率為90%時(shí)的平衡溫度，對一級可逆反應(yīng)有：所以：即。，得到離開反應(yīng)器的示蹤劑與時(shí)間的關(guān)系如下：試求：（1） （1） 若用多釜串聯(lián)模型來模擬該反應(yīng)器，則模型參數(shù)是多少？（4） （4）由（）式可得平均停留時(shí)間：即為上圖中陰影面積。 由于返混很小，故可用，所以：（5）用多釜串聯(lián)模型來模擬，前已求得N=75，應(yīng)用式（）即可計(jì)算轉(zhuǎn)化率：同理，亦可用擴(kuò)散模型即（）式得XA=。1