化学反应工程作业习题三

1、第三章第三章 习题解答习题解答浙江工业大学化材学院浙江工业大学化材学院刘华彦刘华彦P3-7A 对以下的每个反应建立化学计量表，并将对以下的每个反应建立化学计量表，并将反应中每个组分的浓度表示成转化率的函反应中每个组分的浓度表示成转化率的函数，估算所有常数（如数，估算所有常数（如，） （1）液相反应）液相反应 环氧乙烷和水的初始浓度分别为环氧乙烷和水的初始浓度分别为1 lbmol/ft3和和3.47 lbmol/ft30047. 3)()(C)()(B)1()1(A000000000000000 ACBCACAAACCBABAAABBAAAACXCXFXFFFXCXFXFFFXCXFXFF 浓度

2、浓度出料出料反应反应进料进料组分组分P3-10B 根据下列每种反应及其在低温时的速率方根据下列每种反应及其在低温时的速率方程，推导出高温（可逆强放热）下的速率方程程，推导出高温（可逆强放热）下的速率方程 （1）反应）反应ABAAACkr 低温不可逆：低温不可逆：)0( AAeBeAAcBAAAArCCkkKCkCkr相当于相当于平衡常数平衡常数高温下：可逆高温下：可逆P3-10B （2）反应）反应A +2B 2DBAAACCkr21 低温不可逆：低温不可逆：)0(2121 ABeAeDeAAcDABAAArCCCkkKCkCCkr相当于相当于平衡常数平衡常数高温下：可逆高温下：可逆P3-10B

3、 （3）催化反应）催化反应A +B C+DBBAABAApKpKpkpr 1低温不可逆：低温不可逆：)0(11 ABeAeDeCecDDCCBBAADCBABBAADCBAArppppkkKpKpKpKpKppkpkppKpKppkpkpr相相当当于于平平衡衡常常数数或或者者高高温温下下：可可逆逆P3-11B 固定床反应器中，五氧化二钒催化固定床反应器中，五氧化二钒催化剂，萘氧化制邻苯二甲酸酐剂，萘氧化制邻苯二甲酸酐 对含有对含有3.5%的萘（的萘（A）和）和96.5%空气（体积分数）空气（体积分数）的初始混合物，建立该反应的化学计量表，并应的初始混合物，建立该反应的化学计量表，并应用这个表确

4、定以下的关系。用这个表确定以下的关系。 P0=10atm,T0=500KEDCBA2229 2+OOO+29O24CO22H2OP3-11B(1)无压降的等温流动反应器无压降的等温流动反应器EDCBA2229 3300000000000000000000000000000000000/008529. 0/529. 8/)0175. 01()1(0175. 0, 5 . 0,78.21, 0,79. 57624. 079. 0965. 0,2026. 021. 0965. 0,035. 0X0175. 0178.2178.210X0175. 012220X0175. 012220X0175. 0

5、1X0X0175. 015 . 479. 54.5X)-(5.7929X0175. 011X)1(mkmolmmolRTpyCvFCXvXvvyyyyCCFFFIXCCXFXFFEXCCXFXFFDXCCFXFFCXCCFXFFFBXCCFXFFAAAiiAIEDCBIBAAEAAIIAEAAEADAADACAACABAAABBAAAAA 出出料料浓浓度度出出料料反反应应进进料料组组分分P3-11B(1)无压降的等温流动反应器无压降的等温流动反应器 O2和和CO2分压？分压？ O2和萘的浓度？体积流率？和萘的浓度？体积流率？hmXXCFvhkmolXdhadkmolkgXakgXFFXvvLm

6、olXCLmolXCOatmXXRTCRTCpCOatmXXRTCRTCpOAACAABADDABB/2803008529. 0911.23/911.23/24/365/148/1031000)0175. 01(/X0175. 01)1(008529. 0/X0175. 01)5 . 479. 5(0.008529X0175. 0170. 0X0175. 012X0175. 01)5 . 479. 5(35. 0X0175. 015 . 479. 5300030020202出出口口出出口口出出口口出出口口体体积积流流率率：萘萘浓浓度度：浓浓度度：分分压压：分分压压： P3-11B(2)存在压降

7、的等温流动反应器存在压降的等温流动反应器 O2和和CO2分压？分压？ O2和萘的浓度？体积流率？和萘的浓度？体积流率？ppXvvppXCppXCOppXppXRTCRTCpCOppXppXRTCRTCpOABADDABB0000200020002)0175. 01(X0175. 01)1(008529. 0X0175. 01)5 . 479. 5(0.008529X0175. 0170. 0X0175. 012X0175. 01)5 . 479. 5(35. 0X0175. 015 . 479. 5 体积流率：体积流率：萘浓度：萘浓度：浓度：浓度：分压：分压：分压：分压：P3-11B(3)如果

8、反应对氧气一级，对萘二级，如果反应对氧气一级，对萘二级，kN=0.01mol2/(L2s)对（对（1）（）（2）写出速率方程）写出速率方程302222)(X0175. 01)5 . 479. 5(0.008529X0175. 01)1(008529. 001. 0X0175. 01)5 . 479. 5(0.008529X0175. 01)1(008529. 001. 0ppXXCCkrXXCCkrBANNBANN 有压降：有压降：无压降：无压降：P3-11B (4) 以化学计量的纯氧进料，重做（以化学计量的纯氧进料，重做（3） 纯氧：反应速率加快，催化剂用量减少；纯氧：反应速率加快，催化剂用

9、量减少； 反应器移热负荷加大，易飞温，乃至发生爆炸的危险反应器移热负荷加大，易飞温，乃至发生爆炸的危险 安全：反应器中催化剂床层的温度；爆炸极限安全：反应器中催化剂床层的温度；爆炸极限方方程程依依照照前前面面重重新新改改写写速速率率化化学学计计量量比比：LmolmmolRTpyCvFCXvXvvyyyyyyAAiiAIEDCBIBABA/04430. 0/30.44)0909. 01()1(0909. 0,21,0,4.5290,8182. 0119,1818. 0112923000000000000 P312A 将将H2作为计算基准，建立等压等温流动系统中等作为计算基准，建立等压等温流动系统

10、中等摩尔摩尔N2和和H2进料时下列反应的完整的化学计量表进料时下列反应的完整的化学计量表 入口总压为入口总压为16.4atm，入口温度为，入口温度为1727，计算，计算H2的转化率为的转化率为60时氨和氢气的浓度时氨和氢气的浓度 如果将如果将N2作为计算的基准，作为计算的基准， N2的转化率能达到的转化率能达到60吗？吗？3222321NHHN 解：以解：以H2为基准为基准 化学计量表化学计量表XX)1(X)()(X)()(X)1()()/()/()/(0000000000000000ATTATTTCACAACCBABAABBAAAAFFFFabacFFFacFFXFacFFCabFFXFab

11、FFBFFXFFAsmolsmolsmol 合合计计出出料料流流率率反反应应速速率率进进料料流流率率组组分分CBANHNH32313231322 321,32,310,10000 abacacabFFFFACCABB 化学计量表（以化学计量表（以H2为基准）为基准）X)311(2X3222X32)(320X)311()(31X)1()()/()/()/(000000000000000 ATAATATACACABAABAAAAFFFFFFFFFXFFCFFXFFFBFFXFFAsmolsmolsmol合合计计出出料料流流率率反反应应速速率率进进料料流流率率组组分分（2）P=16.4atm，T=1

12、727，计算，计算H2转化率转化率为为60时氨和氢气的浓度时氨和氢气的浓度XXRTpvXFacFvFCRTpXXRTpvXFabFvFCXXRTpXvXFvXFvFCAACCCAAABBBAAAAA31132)/(311311)/(3111)1()1()1(000000000000000 （2）P=16.4atm，T=1727，计算，计算H2转化率转化率为为60时氨和氢气的浓度时氨和氢气的浓度30030030003500000/025.06.03116.0320050.031132/050.0/025.06.03116.01050.0311131)32(5.001/050.0)2731727(

13、314.810013.14.165.0mkmolXXRTpCmkmolRTpCmkmolXXRTpCymkmolRTPyRTpACABAAACBAA （3） 如果将如果将N2作为计算基准，作为计算基准， N2转化率能转化率能达到达到60吗？吗？316 . 00)6 . 031()13(16 . 0)13(2300032222222222最最大大可可能能的的转转化化率率为为到到故故氮氮气气转转化化率率不不可可能能达达氢氢气气摩摩尔尔流流率率小小于于零零，时时：当当 HNNHNNNHFXFFXXFFNHNHP3-13 氨的气相氧化制氨的气相氧化制NO 进料由含有进料由含有15%（体积分数）氨的空气

14、组成，进（体积分数）氨的空气组成，进料压力料压力8.2atm，温度，温度227 (1)入口总浓度入口总浓度 (2)入口氨的浓度入口氨的浓度OHNOONH2232345 LmolKKmolatmLatmRTpCT/2 . 0500)/(082. 02 . 8000 LmolLmolCyCTNHNH/03. 0/2 . 015. 0033 （3）以氨为计算基准，建立化学计量表）以氨为计算基准，建立化学计量表(恒压等温恒压等温)RTCpLmolmmolRTpyCvFCXvXvvyyyyCCFFFIXCCXFXFFDXCCFXFFCXCCFXFFFBXCCFXFFAiiAAiiAIDCBIBAAIAA

15、IIADAADACAACABAAABBAAAAA /03. 0/97.29)/(/)0375. 01()1(0375. 0,25. 0,48. 4, 0,19. 16715. 079. 085. 0,1785. 021. 085. 0,15. 0X0375. 0148. 448. 40X0175. 015 . 123230X0375. 01X0X0375. 0125. 119. 11.25X)-(1.1945X0375. 011X)1(30000000000000000000000000000000 出出料料浓浓度度出出料料反反应应进进料料组组分分（3）以氨为计算基准，建立化学计量表）以氨为计

16、算基准，建立化学计量表(恒体积等温恒体积等温)0375. 01()1(48. 448. 405 . 123230X0)25. 119. 1(1.25X)-(1.1945)1(X)1(000000000000000000000000XpXppRTCpvFCvvCCFFFIXCCXFXFFDXCCFXFFCXCCFXFFFBXCCFXFFATiiiiAIAAIIADAADACAACABAAABBAAAAA 出出料料浓浓度度出出料料反反应应进进料料组组分分（3）以氨为计算基准，建立化学计量表）以氨为计算基准，建立化学计量表(流动反应器流动反应器)RTCpCCFFFIXCCXFXFFDXCCFXFFC

17、XCCFXFFFBXCCFXFFAiiAIAAIIADAADACAACABAAABBAAAAA X0375. 0148. 448. 40X0175. 015 . 123230X0375. 01X0X0375. 0125. 119. 11.25X)-(1.1945X0375. 011X)1(000000000000000000000出料浓度出料浓度出料出料反应反应进料进料组分组分P3-14 N2O4（A）2NO2（B）作作图图列列表表：剩剩余余量量变变化化量量初初始始量量组组分分恒恒体体积积的的间间歇歇反反应应器器： eIIeeAAeAAeBecIIAAIIIABAABBAAAAXAyyAAAAXXCCXCCCKyRTpyRTpyCCCNICCXNNNBCCXNNA13485.0241 .0X14)X1(4)1(07174.0)1(00X22X)1(002e20e0220200000000000000000P3-15（1）2222211222BrHBrBrHHBrCCkCCkrHBrBrH 速率方程：速率方程：LmolmmolRTpyCvFCvXvvyyyyXCCFXFFFCXCCFXFFFBXCCFXFFAAAiiACBIBAACAAACCABAAABBAAAAA/04526. 0/26.45)1(