化学反应工程习题答案 - 图文 下载本文

该反应的热效应?Hr?9.629?10J/mol。

解:(1)求出转化率为80%时各组分的分压: 以100mol为基准 x SO2 O2 SO3 N2 ∑ 0 7.0 11.0 0 82.0 100.0 0.80 7(1-0.80)=1.4 11-5.6×0.5=8.2 5.60 82.0 97.2 4pSO2?PySO2?0.1013?1.4/97.2?1.46?10?3(MPa)pO2?PyO2?0.1013?8.2/97.2?8.55?10?3(MPa)pSO3?PySO3?0.1013?5.6/97.2?5.84?10?3(MPa)pN2?PyN2?0.1013?82/97.2?8.55?10?2(MPa) (2)求与上述组成对应的平衡常数KP值:

KP?pSO30.5pSO2po2?35.84?10??43.26?3??3?0.51.46?10?8.55?10???(3)求平衡温度Te

logKp?4905.5/Te?4.6455

(4)利用(2.31)式求逆反应活化能E值

Te?4905.5?780.9K6.282(5)利用(2.31)式求最佳温度TOP

????44?9.629?10?HrE?E??9.211?10??1.403?105J/mol?r2

TOP?2.9在一恒容反应器中进行下列液相反应:

3r?1.6Ckmol/m?h A?B?R RA23r?8.2Ckmol/m?h 2A?D DA780.9Te????739.004K8.314?780.9RT??eE1?ln14.031???ln??49.211(14.03?9.211)?10E?EE

式中rR,rD分别表示产物R及D的生成速率。反应用的原料为A与B的混合物,

其中A的浓度为2kmol/m3,试计算A的转化率达到95%时所需的反应时间。

解:反应物A的消耗速率应为两反应速率之和,即 利用(2.6)式

2RA?rR?2rD?1.6CA?16.4CA?1.6CA(1?10.25CA)

?积分之

dCA?1.6CA(1?10.25CA)dt

1?(1?X)??A10.25CA0??CA10.2511.6t??CA0?(?)dCA??ln(1?XA)?ln??CA10.25CA?111???10.25CA0??t?0.6463/1.6?0.4038h2.10在催化剂上进行三甲基苯的氢解反应:

反应器进口原料气组成为66.67%H2,33.33%三甲基苯。在0.1Mpa及523K下等温

反应,当反应器出口三甲基苯的转化率为80%时,其混合气体的氢含量为20%,试求:

(1) (1) 此时反应器出口的气体组成。

(2) (2) 若这两个反应的动力学方程分别为:

0.5rA?6300CACBkmol/m3?h 0.5rE?3400CCCBkmol/m3?h

C6H3(CH3)3?H2?C6H4(CH3)2?CH4

C6H4(CH3)2?H2?C6H5CH3?CH4

则出口处二甲基苯的生成速率是多少?

解:以100mol为计算基准,设X为三甲基苯的转化率,Y为生成的甲苯摩尔数。

(1) (1) 用物料衡算求出口气体组成: 组分名称 X=0时 X=0.8时 三甲基苯(A) 33.33 33.33(1-X) 氢(B) 66.67 66.67-33.33X-Y 二甲基苯(C) 0 33.33X-Y 甲烷(D) 0 33.33X+Y 甲基苯(E) 0 Y ∑ 100.0 100.0 由题给条件可知,混合气中氢的含量为20%,所以有: 66.67-33.33X-Y=20

解得Y=66.67-33.33×0.8-20=20.01kmol(甲苯量) 生成的二甲基苯量:33.33×0.8-20.01=6.654kmol 生成的甲烷量:33.33×0.8+20.01=46.67kmol 剩余的三甲基苯量:33.33×(1-0.8)=6.666kmol 氢气含量为:20kmol 故出口尾气组成为:三甲基苯6.666%,氢气20%,二甲基苯6.654%,甲烷46.67%,甲基苯20.01%。

(2) (2) 由题给条件可知,三甲基苯的出口浓度为:

pA0?33?0.1?0.3333?7.669?10kmol/mRT8.314?10?3?523CA?CA0(1?0.8)?7.669?10?3(1?0.8)?1.534?10?3kmol/m3 CA0?

0.50.5RC?rA?rE?6300CACB?3400CCCB0.20?1.534?10?3?4.6?10?3kmol/m30.06666CC?0.06654?1.534?10?3?1.532?10?3kmol/m30.06666CD?0.4667?1.534?10?3?1.074?10?3kmol/m30.06666CE?0.2001?1.534?10?3?4.603?10?3kmol/m30.06666 CB??6300?1.534?10?3?(4.6?10?3)0.5?3400?1.532?10?3?(4.6?10?3)0.5?0.6555?0.3533?0.3022kmol/m3.h2.11在210℃等温下进行亚硝酸乙脂的气相分解反应:

该反应为一级不可逆反应,反应速率常数与温度的关系为

C2H5NO2?NO?1CH3CHO?1C2H5OH22

k?1.39?1014exp(?1.897?104/T)(s?1),若反应是在恒容下进行,系统的

起始总压为0.1013MPa,采用的是纯亚硝酸乙脂,试计算亚硝酸乙脂分解率为

80%时,亚硝酸乙脂的分解速率及乙醇的生成速率。 若采用恒压反应,乙醇的生成速率又是多少?

解:(1)恒容过程,其反应式可表示为:

反应速率式表示为:

A?B?1C?1D22

设为理想气体,反应物A的初始浓度为:

rA?kCA?kCA0(1?XA)

CA0?PyA0?20.1013??2.523?10mol/l?3RT8.314?10?483rA?kCA0(1?XA)?1.39?1014exp(?18973/T)?CA0(1?XA)?1.39?1014exp(?18973/483)?2.523?10?2?(100.8)?6.112?10?6mol/l.s

亚硝酸乙脂的分解速率为: 乙醇的生成速率为:

RA?rA?6.112?10?6mol/l.s

(2)恒压过程,由于反应前后摩尔数有变化,是个变容过程,由(2.49)式可求得总摩尔数的变化。

RD?1rA?3.056?10?6mol/l.s2

?A???t/?A?1?0.5?0.5?1?1由于反应物是纯A,故有:yA0=1。

由(2.52)式可求得组分的瞬间浓度:

1

CA0(1?XA)2.523?10?2(1?0.8)CA???2.803?10?2mol/l1??AyA0XA1?1?1?0.8rA?kCA?1.39?1014exp(?18973/483)?2.803?10?2?3.395?10?6mol/l.s乙醇的生成速率为:

2.12甲烷与水蒸气在镍催化剂及750℃等温下的转化反应为:

原料气中甲烷与水蒸气的摩尔比为1:4,若这个反应对各反应物均为一级,已知k=2l/mol.s,试求:

(1) (1) 反应在恒容下进行,系统的初始总压为0.1013MPa,当反应器出口

的CH4转化率为80%时,CO2和H2的生成速率是多少? (2) (2) 反应在恒压下进行,其他条件如(1),CO2的生成速率又是多少?

解:(1)由题意可将反应速率表示为:

1RD?rA?1.698?10?6mol/l.s2

CH4?2H2O?CO2?4H2

A?2B?C?4D对于恒容过程,则有

rC?kCACB

CA?CA0(1?XA)CB?CB0?2CA0XACA0CB0PA00.1013?0.2?3???2.382?10mol/l?3RT8.314?10?1023?4CA0?4?2.382?10?3?9.528?10?3mol/l

当XA0=0.8时

CA?CA0(1?XA)?2.382?10?3?0.2?4.764?10?4mol/lCB?CB0?2CA0XA?9.528?10?3?2?2.382?10?3?0.8?5.717?10?3mol/lRC?rC?kCACB?2?4.764?10?4?5.717?10?3?5.447?10?6mol/l.sRD?4rC?4?5.447?10?6?2.179?10?5mol/l.s(2)对于恒压过程,是个变容反应过程,由(2.49)式可求得总摩尔数的变化

?A???t/?A?1?4?1?2?2反应物A的原始分率:

1

yA0?由(2.52)式可求得转化率为80%时的浓度:

1?0.21?4

CA0(1?XA)2.382?10?3(1?0.8)CA???3.609?10?4mol/l1??AyA0XA1?2?0.2?0.8 CB0?2CA0XA9.528?10?3?2?2.382?10?3?0.8CB???4.331?10?5mol/l1??AyA0XA1?2?0.2?0.8