反应动力学基础.doc

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1、2反应动力学基础2.1在一体积为4L的恒容反应器中进行A的水解反应，反应前A的含量为12.23%（重量），混合物的密度为lg/mL,反应物A的分子量为88。在等温常压下不断取样分析，测的组分A的浓度随时间变化的数据如下:反应时间（h）1.02.03.04.05.06.07.08.09.0CaGdoI/L)0.90.610.420.280.170.120.080.0450.03试求反应时间为3・5h的A的水解速率。解：利用反应时间与组分A的浓度变化数据，作出G〜t的关系曲线，用镜面法求得t=3.5h时该点的切线，即为水解速率。切线的斜率为a=申

2、更=-0.125mol/l.hDel由（2.6）式可知反应物的水解速率为—dC人F=0.125圖心2.2在一管式反应器中常压300C等温下进行甲烷化反应:CO+3码->CH4+H20催化剂体积为10ml,原料气中CO的含量为3%,其余为N2」2气体，改变进口原料气流量Q。进行实验，测得出口C0的转化率为:Qo(ml/min)83.367.650.038.529.422.2x(%)203040506070试求当进口原料气体流量为50ml/min时C0的转化速率。解：是一个流动反应器，其反应速率式可用（2.7）式来表示Fa=Fa.(1-Xa)=Q

3、.Ca.(1-Xa)dFA=-Q.CA.dXA故反应速率可表示为：r=oc江C皿A-0040dyR-A^d(VR/Q{))0・65-0・040.34用Xa〜Vr/Q。作图，aVr/Qo=O.20min的点作切线，即得该条件下的^d(NM值aoVx/Qomin0.120.1480.200.260.340.45XA%20.030.040.050.060.070.0故co的转化速率为GoRT-册鹉T6.3炖讼〃G=cd(VR/Q.)=638x10"4x1.79=1.14x10^mol/I.min2.3已知在Fe-Mg催化剂上水煤气变换反应的正反应动

4、力学方程为:r=kwy^y^kmol!kgh式中y«）和比血为一氧化碳及二氧化碳的瞬间摩尔分率，0.IMPa压力及700K时反应速率常数咯等于0.0535kmol/kg.h。如催化剂的比表面积为30m2/g,堆密度为1.13g/cm3,试计算：(1)(1)(2)(2)(3)(3)⑷⑷解：利用1:1以反应体积为基准的速率常数kVo以反应相界面积为基准的速率常数kg。以分压表示反应物系组成时的速率常数匕。以摩尔浓度表示反应物系组成时的速率常数kco（2.10）式及（2・28）式可求得问题的解。注意题中所给比表面的单位换算成m2/m3o⑴化=phk

5、w=1.13x103x0.0535=6QA6kmol/mh⑶心y%日為严X0-0535=0.1508kmolkg.h.(MPa)Q45（呱=（亦=（迪罟叫5x0.0535=0胡（爲严（鬻）2.4在等温下进行液相反应A+B-C+D,在该条件下的反应速率方程为：rA=0.8C5C^5mol/lmin若将A和B的初始浓度均为3mol/l的原料混合进行反应，求反应4min时A的转化率。解：由题中条件知是个等容反应过程，且A和B的初始浓度均相等，即为1.5mol/l,故可把反应速率式简化，得G=0・8Cfcy=0.8C：=0・8C：）（l-XA）2

6、由（2.6）式可站r=—必仁刃5（1-X』gA~dt~dt_A0dt代入速率方程式O・8C；o(1-XJ2化简整理得=0.8C4化（1_XJ积分得v0・8%=吕解得Xa=82.76%o2.5氨合成塔入口的气体组成为3.5%NH3,20.8%N2,62.6%H2,7.08%Ar及5.89CH4o该塔是在30MPa压力下操作。已知催化剂床层中某处的温度为490°C,反应气体中氨含量为10%(mol),试计算该处的反应速率。在Fe催化剂上氨合成反应速率式为:kmolIm2"逆反应的450°C时k2=2217mMPa)^/m3-hf且4909时，K

7、p可按下式计算：logKP=2047.8/T-2.4943logT-1.256xlO~4T+1.8564x10~7r2+3.206注：皿‘为标准立方米。解：题中给出450°C时的k2值，而反应是在490°C下，故首先要求出490°C时的k2值。利用(2.27)试，求出频率因子A:处二Aexp(諄)A=k2exp(^)=2277/e-1758xl°478314x723=1.145x1016KIk2=Aexp(^)=1.145Xio%".58x^/8.314x723=“55xmMPa^sImhRT490C的Kp值由题给公式计算出logKp=2

8、047.8/763一2.4943log763一1.256xIO-4x763+1.8564xl0~7x7632+3.206=-1.2524Kp=5.592x1(严求k