反应工程计算及推导考试题(共4页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上2在银催化剂上进行甲的醇应： 2CH3OH+O22HCHO+2H2O 2CH3OH+3O22CO2+4H2O进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%。甲醇的收率为69.2%。试计算（1）反应的选择性；（2）反应器出口气体的组成。 解：（1）由（1.7）式得反应的选择性为 S=Y/X=0.692/0.720=0.9611=96.11% (2)进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），当进入反应器的总原料为100mol时，则反应器的进料组成为 组分 摩尔分率yi0摩尔数ni0（mol） CH3

2、OH0.27427.4空气 0.79（O2：11.51，N2：43.28） 水 0.81总计 1100设甲醇的转化率为为XA，甲醇的收率为YP，根据（1.3）和（1.5）式可得反应器出口甲醇，甲醛和二氧化碳摩尔数nA，np，nC，分别为 nA=nA0(1XA)=7.672mol np= nA0YP=18.96molnC= nA0(XAYP)=0.7672 mol综上所述反应的化学计量式水（nW）,氧气（nO，和氮气（nN）的摩尔数为 nW= nW0+ nP+2 nC=38.30 mol nO= nO01/2 np3/2nC=0.8792mol nN=nN0=43.28mol所以，反应器出口气体

3、组成为 .3.在进行一氧化碳变换反应动力学研究中，采用B106催化剂进行试验，测得正反应活化能为9.629×104J/mol，如果不考虑逆反应，在反应物料组成相同的情况下，试问反应温度为550时的速率比反应温度为400时的反应速率大多少倍？ 解：从题中可知，反应条件除了温度不同外，其他条件都相同，而温度的影响表现在反应速率常数k上，故可用反应速率常数之比来描述反应速率之比。 r550/r400=k550/k400=Aexp(E/RT550)/ Aexp(E/RT400)=expE/R(1/T4001/T550)=23(倍) 4. 甲烷与水蒸气在镍催化剂及750等温下的转化反应为： 原

4、料气中甲烷与水蒸气的摩尔比为1:4，若是这个反应对各反应物均为1级。已知 。试求： （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,H2 的生成速率是多少？（2）反应在恒压下进行，其他条件如（1）， 的生成速率又是多少？ 解：（1）由题意可将反应速率表示为 A+2BC +4D rC=kCACB对于恒容过程，则有 CA=CA0(1XA) CB-=CB02CA0XACA0=PA0/RT=2.382×10-3mol/l CB0=4CA0=9.528×10-3 mol/l 当XA=0.8时 CA= CA0(

5、1XA)=4.764×10-4 mol/lCB-=CB02CA0XA=5.717×10-3 mol RC=rC=kCACB=5.447×10-6mol/（l?S） RD=4rC=2.179×10-5 mol/（l?S） （2）对于恒压过程，是个变容反应过程，由（2.49）式可求出总摩尔的变化数 A=t/A=（1+412）/1=2 反应物A的原始分率： A0=1/(1+4)=0.2由（2.52）式可得转化率为80%时的浓度： CA=CA0(1XA)/(1+A yA0 XA)=3.609×10-4mol/lCB-=（CB02CA0XA）/(1+A

6、yA0 XA)=4.331×10-3 mol/lrC= kCACB=3.126×10-6mol/(l.s) RC=rC=3.126×10-6mol/(l.s)5.拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：以生产乙二醇，产量为20kg/h ，使用15（质量分率）的NaHCO3水溶液及30（质量分率）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇与碳酸氢钠的摩尔比为1:1，混合液的密度为1.02kg/L 。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为1级，在反应温度下反应速率常数等于5.2L/(mol*h)，要求转化率达到95。 （1）若辅助时间为0.5h，试计算反应器

7、的有效体积； （2）若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。解：（1）氯乙醇，碳酸氢钠和乙二醇的分子量分别为80.5，84，62每小时产乙二醇：20/62=0.3226kmol/h每小时需氯乙醇：0.3226×80.5/0.95×30%=91.11 kg/h每小时需碳酸氢钠：0.3226×84/0.95×15%=190.2kg/h原料体积流量：Q0=（91.11+190.2）/1.02=275.8l/h氯乙醇初始浓度：CA0=0.3226×1000/0.95×275.8=1.231mol/l反应时间： 反应体积： Vt= Q0（

8、t+t'）=956.5 L反应器的实际体积： V= Vt/j=1275 L 7.在一个体积为300 L的反应器中，86等温下将浓度为3.2 mol/L 的过氧化氢异丙苯溶液分解生产苯酚和丙酮。该反应为1级反应，反应温度下反应速率常数等于0.08 s-1，最终转化率达98.9，如果这个反应器是间歇操作反应器，并设辅助操作时间为15 min，试计算苯酚的产量。 解：t=Ln 1/（1XA）/k =56.37s =0.94min Vr=Q0(t+t0)=300 L Q0=300/15.94=18.82 L/min 苯酚浓度C苯酚=CA0XA=

9、3.2×0.989=3.165 mol/L苯酚产量Q0C苯酚=18.82×3.165=59.56mol/min=335.9kg/h 8. 在管式反应器中400等温下进行气相均相不可逆吸热反应，该反应的活化能等于39.77。现拟在反应器大小，原料组成和出口转化率均保持不变的前提下（采用等温操作），增产35，请你拟定一具体措施（定量说明）。设气体在反应器内呈活塞流。解：题意要求在反应器大小，原料组成和出口转化率均保持不变，由下式：t=vr/qo可知，Q0与反应速率常数成正比，而改变反应温度又只与k有关，所以，提高反应温度可使其增产，具体值为：q1/q2=k1/k2 解此式可得：

10、T2=702.7 K，即把反应温度提高到702.7 K下操作，可增产35% 9.设气体A 为催化剂的吸附位 吸附 ：A+= A，若为理想吸附，KA为吸附平衡常数，A为表面覆盖率，则吸附等温方程为：一氧化碳变换反应: 试拟定该反应的合适的反应步骤。解：根据题意，假设反应步骤如下：并假设第二步是控制步骤，其速率方程:r=KsQaPb就代表了整个反应的速率方程：其余的两步可认为达到平衡，则有：Qa=KaPAQV Qc=由于QA+QC+QV=1,有：将QAQC,代入速率式，得：式中。故上述假定与题意符合。（2） 6.等温下进行1.5级液相不可逆反应： AB+C，反应速率常数等于，A的浓度为2

11、 kmol/m3 的溶液进入反应装置的流量为1.5 m3/h 。试分别计算下列情况下A的转化率达95时所需的反应体积： （1）一个连续釜式反应器； （2）两个等体积的连续釜串连釜式反应器；（3）保证总反应体积最小的前提下，两个连续釜式反应器并联。解：（1）全混流反应器 （2）两个等体积全混反应器串联 由于Vr1=Vr2 所以由上二式得： XA2=0.95代入上式，化简后得到XA1= 0.8245，所以：串联系统总体积为Vr=2Vr1=4.758m3（3） 此时的情况同（1），即Vr= 18.02m31. 推导题对气-固催化反应A + B = C，其可能的反应机理如下： 试导出其速率方程表达式。答：因为第三步为控制步骤，所以其它各反应均达到平衡状态。则因为1，2，4步达到平衡，所以有 ,又 , 解得将之带入前面的方程得其中, 2. 在Pt催化剂上进行异丙苯分解反应 以A、B及R分别代表异丙苯，苯及丙烯，反应步骤如下：, , 若表面反应为速率控制步骤，试推导异丙苯分解的速率方程。 答：rA= K1AK2PRB 由于A+B+=1 将A，B代人上式得 KA PA+ KB PB+=1 整理得： =1/（1+KA PA+KB PB） 将A，B，代人速率方程中 rA=k（PAPBPR