化学反应工程例题.doc

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1、例1.1在350℃等温恒容下纯丁二烯进行二聚反应，测得反应系统总压p与反应时间t的关系如下：t/min0612263860p/kPa66.762.358.953.550.446.7试求时间为26min时的反应速率。解：以A和R分别代表丁二烯及其二聚物，则该二聚反应可写成：　　2A→R反应体系中各组分的浓度关系如下：由理想气体定律得：　　（Ａ）p0为t=0时物系的总压，整理上式为：　　　　　　（Ｂ）将（B）式代入速率式中，得：）(c)理想气体：将CA0代入(C)式，为：D解析法：对p-t关系进行回归分析

2、，得：图解法：以p对t作图，如图所示。于t＝26min处作曲线的切线，切线的斜率为dp/dt，该值等于‐0.32kPa/min。将有关数据代入(D)式，即得到丁二烯转化量表示的反应速率值。若以生成二聚物表示反应速率，则：1,2例1.2等温进行醋酸(A)和丁醇(B)的酯化反应醋酸和丁醇初始浓度为0.2332和1.16kmol/m3。测得不同时间下醋酸转化量如下表，试求该反应的速率方程。时间/h醋酸转化量/（kmol/m3）时间/h醋酸转化量/（kmol/m3）时间/h醋酸转化量/（kmol/m3）003

3、0．0366260．0608610．0163640．0452570．0683320．0273250．0540580．07698解：由题中数据可知醋酸转化率较低，且丁醇又大量过剩，可以忽略逆反应的影响，同时可以不考虑丁醇浓度对反应速率的影响。所以，设正反应的速率方程为：　　　　　　(a)以0级、1级、2级反应对上式进行积分式得:当n=0时，(b当n=1时，(c)当n=2时，(d)采用图解法和试差法，假设反应级数，将实验数据分别按0级、1级、2级反应动力学积分式做图，得到其f(CA)-t的关系曲线图，然后

4、再根据所得的f(CA)-t的关系曲线图进行判断其动力学形式。不同时间下f(CA)–t的变化关系t/hCACA0-CA00.233200010.21680.016360.07270.324420.20590.027320.12460568630.19660.036620.17080.798340.18790.045250.21571.033750.17920.054050.26371.292260.17230.060860.30241.515770.16490.068330.034671.776180.

5、15920.073980.038161.9932零级反应和一级反应的f(CA)–t的关系图如对t作图得一直线，则说明假设正确，由此可知反应级数n＝２。但丁醇浓度是否存在影响，还需做进一步实验证明。对t作图为一直线，则说明n=2是正确的，故该反应对醋酸为二级反应，从直线的斜率可以求得在此温度下包含丁醇浓度的k’值。而丁醇的反应级数m可以用保持醋酸浓度不变的方法求得，二者结合可以求得反应在此温度下的速率常数k。例题1.3气相反应为一级反应A→3P速度常数k=0.5min-1，反应在恒容间歇式反应器中进行，

6、求1min后体系的总压，进料状况如下：(a)纯A，0.1Mpa；(b)纯A，1Mpa；(c)10%的A和90%的I（惰性气体）混合物，1MPa解:A→3P+I整理得:上式求导:(1)理想气体方程所以得：即：(2)比较(1)、(2)，得：即：(3)当t=0，p=p0积分（3），得：(4)例1.4在一反应器中用硫酸作催化剂进行已二酸与乙二醇的聚合反应，其反应动力学方程为若已二酸初始浓度为0.02kmol/L，求乙二酸转化率为50％、60%、70%、80%、90%时的反应时间。　　　　　　　　　　　　　　　

7、　将：将反应速率方程积分，得：　将有关数据代入上式，得：XA/%5060708090反应时间t/min250375583.310003250出口转化率越高，则反应时间越长，或体积越大。　例:下述都是基元反应，试写出A、B、C、D、E的生成速率与各组分之间的关系式。解得；例在银催化剂上进行乙烯氧化反应以生产环氧乙烷，进入催化反应器的气体中各组分的摩尔分数分别为C2H415%，O2　7%，CO210%，Ar12%，其余为N2，反应器出口气体中含C2H４和O2的摩尔分数分别为13.1%，4.8%。试计算乙烯

8、的转化率、环氧乙烷收率和反应选择性。　　　　　C2H4+1/2O2→H2C—CH2　　　　　　OC2H4+3O2→2CO2+2H2O解：以l00mol进料为计算基准，设x和y分别表示环氧乙烷和二氧化碳的生成量，根据题给的进料组成和该反应系统的化学计量式，可列出下表。反应器进口反应器出口C2H４1515−x−y/2O277−x/2−3y/2C2H４O0xCO21010+yH2O0yAr1212N25656总计100100−x/2由于反应器出口气体中乙烯和氧