反应工程 课后题 详解.ppt

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1、反应工程121101班第八组2.22.2在一管式反应器中常压300℃等温下进行甲烷化反应：催化剂体积为10ml，原料气中CO的含量为3%，其余为N2,H2气体，改变进口原料气流量Q0进行实验，测得出口CO的转化率为：试求当进口原料气体流量为50cm3/min时CO的转化速率。Q0(ml/min)83.367.650.038.529.422.2X(%)203040506070解题思路：由流动反应器模型反应速率rA表达式变换可知，求出XA～VR/Q0和CAO的值；便可求出CO的转化速率由流动反应器模型反应速率公式可知故反应速率可表示为：故CO的转化速率为：6.38×10-4×1.8657=1.19

2、×10-3mol/l2.52.5氨合成塔入口的气体组成为3.5%NH3,20.87%N2，62.6%H2，7.08%Ar及5.89%CH4。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℃，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：逆反应的活化能，450℃时1.02×10^5kmol·Pa0.5/（m³·h）时，且，490℃时，Kp可按下式计算：解题思路由题目所给反应速率式可知，要求得反应速率，需知各组分分率和分压以及k1k2的值。而题中给出的k2值为450℃，所以先求出490℃时k2的值，再由题中给出公式求出k1的值。然后求

3、出各组分分率及分压，带入反应速率式即可求出结果。由阿伦尼乌斯方程可知可得指前因子A:=0.513×1018490℃时=4.73×105490℃的Kp值由题给公式计算出求k1值：=(5.592×10-2)2×4.73×105=1.48×103求各组分的分压值：设N2为组分1，H2为组分2，NH3为组分3pi=yi×P转化1mol时反应混合物总摩尔数的变化由题意得yAo=y1o=20.87%，y2o=62.6%，y3o=3.5%，y3=10％各组分的分率及分压值为带入反应速率式可得：NH310%pNH3=3MPaN219.06%pN2=5.718MPaH257.18%pH2=17.15MPaAr+

4、CH413.79%pAr+CH4=4.137MPa2.82.80.103MPa压力下，在钒催化剂上进行SO2氧化反应，原料气摩尔组成为7%SO2,11%O2，及82%N2。试计算转换率为80%时的最佳温度。二氧化硫在钒催化剂上氧化的正反应活化能为9.211×104J/mol，化学计量数等于1/2，反应式为：,它的平衡常数与温度的关系为：。该反应的热效应ΔHr=-9.629×104J/mol。解题思路：根据求最佳温度的公式（2.37）：欲求最佳温度Top，我们需要先得到平衡温度Te及正逆反应的活化能。题目中给出了平衡常数与温度的关系，所以，我们只要求出平衡常数，就可以算出平衡温度Te。并且，已知

5、和ΔHr，由公式（2.31）：就可求出,进而求出Top。解：1、求出转换率为80%时各组分的分压，通过各组分的分压求得平衡常数。以100mol为基准所以，平衡常数KD为：X（转化率）SO2O2SO3N2Σ07.011.0082.0100.00.87×（1-0.8）=1.411-5.6×0.5=8.25.682.097.2代入题中给出的平衡常数与温度的关系式得:求出:2、利用公式(2.31)求逆反应活化能已知=9.211×104J/mol、、ΔHr=-9.629×104J/mol。代入解得：所以，最佳温度为：、2.122.12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

6、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=2m3/(kmol.s),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和H2的生成速率是多少？（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？解题思路根据幂函数型速率方程，由于这个反应对各反应物均为一级，得到速率方程为：题目中已知速率常数k，只要求得CA、CB就能算出组分的反应速率。恒容过程时只需考虑nA随XA的变化即可，根据公式（2.44）（2.45）可求出CA，CB恒压过程时，反应混合物的体积随转化率而变，先根据公式（2.49）求出转化1mol时，

7、反应混合物总摩尔的变化，再根据公式（2.44）（2.45）（2.50）求出CA，CB,从而求出反应速率。解：（1）由题意可将反应速率表示为：对于恒容过程，则有：当XA0=0.8时（2）对于恒压过程，是个变容反应过程，求得总摩尔数的变化：反应物A的原始分率：转化率为80%时的浓度：2.142.14在Pt催化剂上进行异丙苯分解反应：以A,B及R分别表示异丙苯，苯及丙烯，反应步骤如下：（1）（2）（3）