《反应工程答案 第二章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《反应工程答案 第二章（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2 2 反应动力学基础反应动力学基础 2.12.1 在一体积为在一体积为 4L4L 的恒容反应器中进行的恒容反应器中进行 A A 的水解反应，反应前的水解反应，反应前 A A 的含量为的含量为 12.23%12.23%（重量）（重量） ，混合物的密度为，混合物的密度为 1g/mL1g/mL，反应物，反应物 A A 的分子量为的分子量为 8888。在等温常压。在等温常压 下不断取样分析，测的组分下不断取样分析，测的组分 A A 的浓度随时间变化的数据如下：的浓度随时间变化的数据如下： 反应时间（反应时间（h h）1.01.02.02.03.03.04.04.05.05.06.06.07.07.0
2、8.08.09.09.0 C CA A(mol/L)(mol/L)0.90.90.610.610.420.420.280.280.170.170.120.120.080.080.0450.0450.030.03 试求反应时间为试求反应时间为 3.5h3.5h 的的 A A 的水解速率。的水解速率。 解：利用反应时间与组分解：利用反应时间与组分 A A 的浓度变化数据，作出的浓度变化数据，作出 C CA At t 的关系曲线，用的关系曲线，用 镜面法求得镜面法求得 t=3.5ht=3.5h 时该点的切线，即为水解速率。时该点的切线，即为水解速率。 切线的斜率为切线的斜率为 0.760.125/
3、.6.1 mol l h由（由（2.62.6）式可知反应物的水解速率为）式可知反应物的水解速率为0.125/ . dCArmol l hAdt2.22.2 在一管式反应器中常压在一管式反应器中常压 300300等温下进行甲烷化反应：等温下进行甲烷化反应： 2423 COHCHH O 催化剂体积为催化剂体积为 10ml10ml，原料气中，原料气中 COCO 的含量为的含量为 3%3%，其余为，其余为 N N2 2,H,H2 2气体，改变进口原气体，改变进口原 料气流量料气流量 Q Q0 0进行实验，测得出口进行实验，测得出口 COCO 的转化率为：的转化率为： Q Q0 0(ml/min(ml/
4、min ) )83.383.367.667.650.050.038.538.529.429.422.222.2X(%)X(%)202030304040505060607070 试求当进口原料气体流量为试求当进口原料气体流量为 50ml/min50ml/min 时时 COCO 的转化速率。的转化速率。 解：是一个流动反应器，其反应速率式可用（解：是一个流动反应器，其反应速率式可用（2.72.7）式来表示）式来表示00000(1)(1) A A RAAAAAAAAdFrdVFFXQ CXdFQ CdX 故反应速率可表示为：故反应速率可表示为：000 0(/) AA AAA RRdXdXrQ CCd
5、Vd VQ 用用 X XA AV VR R/Q/Q0 0作图，过作图，过 V VR R/Q/Q0 0=0.20min=0.20min 的点作切线，即得该条件下的的点作切线，即得该条件下的 dXdXA A/d(V/d(VR R/Q/Q0 0) )值值 。 V VR R/Q/Q0 0mimi n n0.120.120.1480.1480.200.200.260.260.340.340.450.45X XA A% %20.020.030.030.040.040.050.050.060.060.070.070.00.650.041.790.34 故故 COCO 的转化速率为的转化速率为40 030.1
6、0130.036.38 10/8.314 10573 A APCmol lRT43 0 06.38 101.791.14 10/ .min(/) A AA RdXrCmol ld VQ 2.32.3 已知在已知在 Fe-MgFe-Mg 催化剂上水煤气变换反应的正反应动力学方程为：催化剂上水煤气变换反应的正反应动力学方程为：20.850.4/ wCOCOrk yykmol kg h式中式中 y yCOCO和和 y yCO2CO2为一氧化碳及二氧化碳的瞬间摩尔分率，为一氧化碳及二氧化碳的瞬间摩尔分率，0.1MPa0.1MPa 压力及压力及 700K700K 时时 反应速率常数反应速率常数 k kW
7、 W等于等于 0.0535kmol/kg.h0.0535kmol/kg.h。如催化剂的比表面积为。如催化剂的比表面积为 30m30m2 2/g/g，堆密，堆密 度为度为 1.13g/cm1.13g/cm3 3，试计算：，试计算： （1 1） （1 1） 以反应体积为基准的速率常数以反应体积为基准的速率常数 k kV V。 （2 2） （2 2） 以反应相界面积为基准的速率常数以反应相界面积为基准的速率常数 k kg g。 （3 3） （3 3） 以分压表示反应物系组成时的速率常数以分压表示反应物系组成时的速率常数 k kg g。 （4 4） （4 4） 以摩尔浓度表示反应物系组成时的速率常数以
8、摩尔浓度表示反应物系组成时的速率常数 k kC C。 解：利用（解：利用（2.102.10）式及（）式及（2.282.28）式可求得问题的解。注意题中所给比表面）式可求得问题的解。注意题中所给比表面 的单位换算成的单位换算成 m m2 2/m/m3 3。332 30.45 0.45330.45(1)1.13 100.053560.46/.6(2)1.78 10/.30 1011(3)()()0.05350.15080.1013. .()8.31 10700(4)()(0.05350.333(0.1） vbwbb gww vbn pwn cwkkkmol m hkkkkmol m hakmolk
9、kPkg h MPamRTkkPkm0.45)().kmol olkg h 2.42.4 在等温下进行液相反应在等温下进行液相反应 A+BC+DA+BC+D，在该条件下的反应速率方程为：，在该条件下的反应速率方程为：1.50.50.8/min AABrCCmol l 若将若将 A A 和和 B B 的初始浓度均为的初始浓度均为 3mol/l3mol/l 的原料混合进行反应，求反应的原料混合进行反应，求反应 4min4min 时时 A A 的的 转化率。转化率。 解：由题中条件知是个等容反应过程，且解：由题中条件知是个等容反应过程，且 A A 和和 B B 的初始浓度均相等，即为的初始浓度均相等
10、，即为 1.5mol/l1.5mol/l，故可把反应速率式简化，得，故可把反应速率式简化，得1.50.5222 00.80.80.8(1) AABAAArCCCCX 由（由（2.62.6）式可知）式可知0 0(1) AAAA AAd CXdCdXrCdtdtdt 代入速率方程式代入速率方程式22 000.8(1) A AAAdXCCXdt 化简整理得化简整理得00.8(1) A A AdXCdtX 积分得积分得00.81 A A AXCtX 解得解得 X XA A=82.76%=82.76%。2.52.5 氨合成塔入口的气体组成为氨合成塔入口的气体组成为 3.5%NH3,20.8%N2,62.
11、6%H2,7.08%Ar 及及 5.89CH4。该塔是在。该塔是在 30MPa30MPa 压力下操作。已知催化剂床层中某处的温度为压力下操作。已知催化剂床层中某处的温度为 490490， 反应气体中氨含量为反应气体中氨含量为 10%10%（molmol） ，试计算该处的反应速率。在，试计算该处的反应速率。在 FeFe 催化剂上氨合催化剂上氨合 成反应速率式为：成反应速率式为：322 321.5 3 1.512/ NHH NNHHpprk pkkmol mhpp逆反应的活化能逆反应的活化能417.58 10/ s su u EJ mol。450450时时30.53 22277()/ kmMPam
12、h，且，且2 12/ PkkK，490490时，时，KpKp 可按下式计算：可按下式计算：472log2047.8/2.4943log1.256 101.8564 103.206 pKTTTT 注：注：m m3 3为标准立方米。为标准立方米。 解：题中给出解：题中给出 450450时的时的 k k2 2值，而反应是在值，而反应是在 490490下，故首先要求出下，故首先要求出 490490 时的时的 k k2 2值。值。 利用（利用（2.272.27）试，求出频率因子）试，求出频率因子 A:A:44217.58 10 /8.314 72316 21617.58 10 /8.314 723430
13、.53 2exp()exp()2277/1.145 10exp()1.145 101.055 10()/. s su us su us su uEkART EAkeRT EkAemMPam hRT 490490的的 KpKp 值由题给公式计算出值由题给公式计算出4722log2047.8/7632.4943log7631.256 107631.8564 107633.2061.25245.592 10 ppKK 求求 k k1 1值：值： 221 12 22 2431.53 1(5.592 10 )1.055 1033()/. ppkKkK kkkmMPam h 求各组分的分压值：求各组分的分
14、压值：22331 22 NHNH5716. 0.14160*(-2)*2087. 01.14160*2087. 0*3-626. 01y13y y1904. 0 .14160*(-2)*2087. 01)1416. 0-(12087. 01yyy1416. 05 . 6914.45*(-2)*2087. 01*2087. 0*211035. 010. 01yy y22123 211%87.20Py , 1yy y1000HH000A A00R 0RR0000000（ （ AAAAAAAAAAAAAAAAAAA AAAii AAAAA Ai iiAAAAA Ai iiXyXXyXXXXXXyXypXyXXyXpp pPyiip 各组分的分率及分压值为各组分的分率及分压值为 NHNH3 310%10%p pNH3NH3=3MPa=3MPa N N2 219.06%19.06%p pN2N2=5.718MPa=5.718MPa H H2 257.18%57.18%p pH2H2=17.15MPa=17.15MPa Ar+Ar+ CHCH4 413.79%13.79%p pAr+Ar+
