【正文】 H3)2O %,C3H9OH %,H2O %,均為重量百分率。試計算（ 1） （ 1） 反應的選擇性；（ 2） （ 2） 反應器出口氣體的組成。 解：（ 1）設新鮮原料氣進料流量為 100kmol/h，則根據(jù)已知條件，計算進料原料其中 xi=yiiiimiiM ’m=∑yiMi= Akmol/h，粗甲醇的流量為 Bkg/h 。 dXAdXA?CA0RR0??? 故 CO 的轉化速率為CA0? FeMg催化劑上水煤氣變換反應的正反應動力學方程為：式中 yCO和 yCO2 為一氧化碳及二氧化碳的瞬間摩爾分率， 700K時反應速率常數(shù) kW 等于。（ 4） （ 4） 以摩爾濃度表示反應物系組成時的速率常數(shù) kC。解：由題中條件知是個等容反應過程，且 A和 B的初始濃度均相等，即為 ，故可把反應速率式簡化，得 由（ ）式可知 ?d??dCAdXA?CA0(1?XA)???rA????CA0dtdtdt ???(1?XA)?ABmol/l?min 代入速率方程式 CA0 化簡整理得dXA22?(1?XA)dt 積分得dXA?(1?XA)?解得 XA=%。在 Fe 催化劑上氨合成反應速率式為： X1?XAr??化學反應工程第五版答案 53_化學反應工程答案逆反應的活化能 ??E??104J/mol 。根據(jù)下面兩圖回答：（ 1） （ 1） 是可逆反應還是不可逆反應？ （ 2） （ 2） 是放熱反應還是吸熱反應？（ 3） （ 3） 在等溫線上，A,D,O,E,M 點中哪一點速率最大，哪一點速率最??？ （ 4） （ 4） 在等轉化率線上， H,C,R,O,F 及 B 點中，哪一點速率最大，哪一點速率最??？（ 5） （ 5） 在 C,R兩點中，誰的速率大？（ 6） （ 6） 根據(jù)圖中所給的十點中，判斷哪一點速率最大？解： 圖 圖 （ 1）可逆反應 可逆反應 （ 2）放熱反應 吸熱反應 (3)M 點速率最大， A點速率最小 M點速率最大， A 點速率最小 (4)O 點速率 最大， B 點速率最小 H點速率最大， B點速率最小 (5)R點速率大于 C點速率 C點速率大于 R點速率 (6)M點速率最大 根據(jù)等速線的走向來判斷 H,M 點的速率大小。二氧化硫在釩催化劑上氧化的正反應活化能為 ?10J/mol，化學計量數(shù)等于 2，反應式為： 4Aexp()(?)(?)RT550400550??e??23（倍） Aexp()RT400 其平衡常數(shù)與溫度的關系為：SO2?O2?SO32logKp?應 ?Hr??10J/mol。在 523K下等溫反應，當反應器出口三甲基苯的轉化率為 80%時，其混合氣體的氫含量為 20%，試求：（ 1） （ 1） 此時反應器出口的氣體組成。 若采用恒壓反應，乙醇的生成速率又是多少？解：（ 1）恒容過程，其反應式可表示為：反應速率式表示為： A?B?C?D22設為理想氣體，反應物 A 的初始濃度為：rA?kCA?kCA0(1?XA)CA0?PyA0?2???10mol/l??10?483rA?kCA0(1?XA)??1014exp(?18973/T)?CA0(1?XA)??1014exp(?18973/483)??10?2?()??10?6mol/ 亞硝酸乙脂的分解速率為： 乙醇的生成速率為：RA?rA??10?6mol/（ 2）恒壓過程，由于反應前后摩爾數(shù)有變化，是個變容過程，由（ ）式可求得總摩爾數(shù)的變化。解：根據(jù)速率控制步驟及定態(tài)近似原理，除表面反應外，其它兩步達到平衡，描述如下：C6H5CH(CH3 ）2?C6H6?C3H6A???A?A??B??RKA?pA?VB??B????rA?k?A?kpR?B?A?rA?k?A?kpR?Bp?KB??B?KBpB?V??A?KApA?V?B以表面反應速率方程來代表整個反應的速率方程：由于 ?A??B??V?1 將 ?A,?B 代 入 上 式 得 ：KApA?V?KBpB?V??V?1整理得： 1?KApA?KBpB將 ?A,?B,?V代入速率方程中 ??kKpkpKpk(p?pp)/KrA???1?KApA?KBpB1?KApA?KBpB1?KApA?KBpB 其中 ???k?kKAKP?kKA/上進行乙烯氧化反應： ?V?12C2H4?O2?2C2H4O 化作2(A)?(B2)?2(R) 其反應步驟可表示如下：（ 1） A???A? （ 2）B2?2??2B? （ 3） A??B??R???（ 4） R??R??若是第三步是速率控制步驟， 試推導其動力學方程。解：根據(jù)題意，假設反應步驟如下：kpp1?KApA?KCpC(1)A???A?(2)A??B?C??D 并假設第二步是控制步驟，其速率方程就代表了整個反應的速率方程： 其余 的 兩 步 可 認 為 達 到 平 衡 ， 則 有 ：(3)C??C??r?kS?ApB?A?KApA?V?C?KCpC?V 由于 ?A??B??V?1，有： ?V?11?KApA?KCpC 將 ?A,?V代入速率式，得： kKppkpp?1?KApA?KCpC1?KApA?KCpC 式中k?kSKA。解：先用積分法求其動力學方程。解：由題意可寫出速率方 程式：但由于氫的分壓保持為 的恒定值，反應速率式可簡化為：arCH4?kpCOa?rCH4?k pCOpH2式中 k?k pH2?。 3 釜式反應器 在等溫間歇反應器中進行乙酸乙酯皂化反應：CH3COOC2H5?NaOH?CH3COONa?C2H5OH 該反應對乙酸乙酯及氫氧化鈉均為一級。 化反應 ： 以生產(chǎn)乙二醇，產(chǎn)量為 20 ㎏ /h，使用 15%（重量）的 NaHCO3水溶液及 30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反應器裝料中氯乙醇和碳酸氫鈉的摩爾比為 1： 1，混合液的比重為 。反應開始時兩反應物的摩爾比為 1，為了確定反應進行的程度，在不同的反應時間下取出 10ml反應液用 NaOH溶液滴 定，以確定未反應鹽酸濃度。解：用 A,B,R,S 分別表示反應方程式中的四種物質，利用當量關系可求出任一時刻鹽酸的濃度（也就是丙酸鈉的濃度，因為其計量比和投量比均為 1： 1）為：CA?CB? 于 是 可 求 出 A 的 平 衡 轉 化 率 ：?VNaOHmol/l10XAeCA0?????.515??(1?)??%??CA0(1?XA)?現(xiàn)以丙酸濃度對時間作圖：由上圖，當 CA=，所對應的反應時間為 48min。原料處理量為：Q0?FA0/CA0?(?)?：Vr?Q0(t?t0)??(18?20?10)?4512l 實 際 反 應 體 積 ：4512/? 在間歇反應器中，在絕熱條件下進行液相反應： A?B?R1100014rA??10exp(?)CACBkmol/應速率方程為：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。（ 1） （ 1） 試計算 A 的轉化率達 85%時所需的反應時間及此時的反應溫度。解： (1)因為 B 過量，所以： 恒容時： rA?k1CA,rD?k2CC,rC?rA?rD?k1CA?k2CC?dCA ?k1CAdt （ A ） dC ?C?k1CA?k2CCdt (B)（ B）式除以（ A）式得： dCkC??1? dCAk1CA 解 此 微 分 方 程 得 ：k?? kCA0??CA?1CA?CC??? ??k2?CA0?CA0??1?amp。 （ 2） （ 2） 反應時間無限延長時，反應物系的組成?？梢娭灰玫剑?A）式的解，則可容易化簡得到（ B） ,(C)及 (D)式 的解。（ 1） （ 1） 如果這個反應器是間歇操作反應器，并設輔助操作時間為 15min。反應用的原料為 A及 B的混合液，其中 A的濃度等于 2kmol/m3。（ 5） （ 5） 對全混流反應器，若 X=, 則 R 的 收 率 為 ：C?C???SXAf?XAf1?(1?XAf)?（ 6）依題意知半間歇式反應器屬于連續(xù)加料而間歇出料的情況。CA0 為所加入的 A 的濃度，且 CA0=7kmol/m3； V 為反應結束時物系的體積，V=。由題意，欲使CB2最大，則需對上述二元函數(shù)求極值 :聯(lián)立上述兩個方程可以求出 τ1 及 τ2。氨水和甲醛水溶液的濃度分別為式中 ,各自以 器，反應溫度可取為 36℃ ，假設該系統(tǒng)密度恒定，試求氨的轉化率 XA及反應器出口物料中氨和甲醛的濃度 CA及 CB。 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?，F(xiàn)擬將它們用來生產(chǎn)醋酸丁酯， 3 初步?jīng)Q定采用等溫連續(xù)操作，原料中醋酸的 ，丁酯則大量過剩，該反應對醋酸為 2 級，在反應溫度下反應速率常數(shù)等于 ，要求醋酸的最終轉化率不小于50%，這兩臺反應釜可視為全混反應器，你認為采用怎樣的串聯(lián)方式醋酸丁酯的產(chǎn)量最大？為什么？試計算你所選用的方案得到的醋酸丁酯產(chǎn)量。3k(1?XA1)3?(1?)??進行 級液相不可逆反應： A?B?C。rA為組分 A的轉化速率， rD為 D的生成速率。已知操作溫度下， k1=105l/。解：因 MB=MD=140, 所以MA=MC=70FA0?CA0Q?W360?????1000???74kmol/hMC70FC0?CA0??1000?CA0XA??22(k1CA?k2CB)?k3CACC （ 1） CB2k1CA?k2CB （ 2） C?C??k3CACC （ 3） ??由（ 2），（ 3）式分別得：2k1?CACB?1?k2? （ 4） CCC?1?k3?CA （ 5）將（ 4），（ 5）式及上述數(shù)據(jù)代入（ 1）式，可整理為 τ的代數(shù)方程式，解之得 τ=105s=??Q??360?38300l?（ 1） （ 1） 反應體積 r（ 2） （ 2） 將 τ 代入（ 4）式得CB?，所以 B 的 收 率 為 ：2C2????% 對 A 作物料衡算：CA0?CA?2CB?CD 所 以 有 ：CD?CA0?CA?2CB?CA0XA?2CB???2??ol/???% 所以 D的收率為： 3． 17 在CSTR 中進行下述反應：化學反應工程第五版答案 53_化學反應工程答案k1C6H6?Cl2???C6H5Cl?HCl(B)(M)(C)(C)(M)(D)(H) （ 1 ）k2C6H5Cl?Cl2???C6H4Cl2?HCl(H) （ 2 ）k3C6H4Cl2?Cl2???C6H3Cl3?HCl(C)(T)(H) (D) （ 3）如果k1/k2=8, k2/k3=30,CB6=,氯對苯的加料比 =，k1τ=1 l/mol,( τ為空時 )，試計算反應器出口 B,M,D,T,C的濃度 。這說明采用上述條件是行不通的。解：（ 1）在操作條件均不變時，用習題 中已算出的 Vr=4512l,Q0=, 則 可 求 出 空 時 為τ=4512/=78min。這是由于在連續(xù)釜中反應速率變低的緣故。利用 題中的數(shù)據(jù)，可求出 RA～ XA之關系，列表如下： XA3=。 3． 21 在反應體積為 m3 的全混流反應器中進行醋酐水解反應，進料體積流量為 m3/min,醋酐濃度為 ,溫度為 25℃ ,出料溫度為 36℃ ，該反應為一級不可逆放熱反應，反應熱效應等于 209kJ/mol,反應速率常數(shù)與溫度的關系如下： 71k=10 exp(5526/T),min 反應物料的密度為常數(shù)，等于 1050kg/ m3,熱容可按 ℃ 計算。?Q0?Cpt(T?T0)?(?Hr)(?RA)Vr??1050?(309?298)?(?209?103)?(1?)??191kJ/min3． 22 在反應體積為 1 m的釜式反應器中，環(huán)氧丙烷的甲醇溶液與水反應生產(chǎn)丙二醇 1， 2：該反應對環(huán)氧丙烷為一級，反應溫度下反應速率常數(shù)等于 ，原料液中環(huán)氧丙烷的濃度為 ,環(huán)氧丙烷的最終轉化率為 90%。聯(lián)立求解可得：XA=， T= 可見，絕熱操作時轉化率可以達到 80%。某班從分析知，轉化率下降到 70%，檢查發(fā)現(xiàn)釜底料液出口法蘭處漏料，經(jīng)搶修后，溫度流量均保持正常操作條件。若反應器的直徑為 50mm，試計算甲苯最終轉化率為 95%時的反應器長度。進氣組成為 10%NO,1%NO2,9%O2,80%N2,若進氣流量為（標準狀況下），試計算反應器出口的氣體組成。 在內徑為 的活塞流反應器中將乙烷熱裂解以生產(chǎn)乙烯： 反應壓力及溫度分別為 105Pa 及 815℃ 。在 815℃ 時，速率常數(shù) k?，平衡常數(shù) K??104Pa，假定其它副反應可忽略，試求：（ 1） （ 1） 此條件下的平衡轉化率；（ 2） （ 2） 乙烷的轉化率為平衡轉化率的 50%時，所需的反應管長。加料組成為 23%B,46%A,31%Q（均為重量 %），加料中不含酯，當 XB=35%時，所需的催化劑量是多少？反應體積時多少？乙酸乙酯的產(chǎn)量為2083kg/h。若反應器入口處反應氣體的線速度為 20m/s，當出口處 CHClF2的轉化率為 %時，出口的氣體線速度時多少？反應器的長度是多少？整個系統(tǒng)的壓力均為 105Pa， 700℃ 時的反應速率常數(shù)等于。據(jù) XA=FA0FA/FA0，可求出 FA,in=,FAf=, 所 以 ，XAf=()/= 。（ 2）若采用 PFR，應采用如圖所示的加料方式，即 A組分沿軸向側線分段進料，而 B則在入口處進料。