反應(yīng)工程計(jì)算及推導(dǎo)考試題(共4頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上2在銀催化劑上進(jìn)行甲的醇應(yīng)： 2CH3OH+O22HCHO+2H2O 2CH3OH+3O22CO2+4H2O進(jìn)入反應(yīng)器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2：4：1.3（摩爾比），反應(yīng)后甲醇的轉(zhuǎn)化率達(dá)72%。甲醇的收率為69.2%。試計(jì)算（1）反應(yīng)的選擇性；（2）反應(yīng)器出口氣體的組成。 解：（1）由（1.7）式得反應(yīng)的選擇性為 S=Y/X=0.692/0.720=0.9611=96.11% (2)進(jìn)入反應(yīng)器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2：4：1.3（摩爾比），當(dāng)進(jìn)入反應(yīng)器的總原料為100mol時(shí)，則反應(yīng)器的進(jìn)料組成為 組分 摩爾分率yi0摩爾數(shù)ni0（mol） CH3

2、OH0.27427.4空氣 0.79（O2：11.51，N2：43.28） 水 0.81總計(jì) 1100設(shè)甲醇的轉(zhuǎn)化率為為XA，甲醇的收率為YP，根據(jù)（1.3）和（1.5）式可得反應(yīng)器出口甲醇，甲醛和二氧化碳摩爾數(shù)nA，np，nC，分別為 nA=nA0(1XA)=7.672mol np= nA0YP=18.96molnC= nA0(XAYP)=0.7672 mol綜上所述反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量式水（nW）,氧氣（nO，和氮?dú)猓╪N）的摩爾數(shù)為 nW= nW0+ nP+2 nC=38.30 mol nO= nO01/2 np3/2nC=0.8792mol nN=nN0=43.28mol所以，反應(yīng)器出口氣體

3、組成為 .3.在進(jìn)行一氧化碳變換反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究中，采用B106催化劑進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)得正反應(yīng)活化能為9.629×104J/mol，如果不考慮逆反應(yīng)，在反應(yīng)物料組成相同的情況下，試問(wèn)反應(yīng)溫度為550時(shí)的速率比反應(yīng)溫度為400時(shí)的反應(yīng)速率大多少倍？ 解：從題中可知，反應(yīng)條件除了溫度不同外，其他條件都相同，而溫度的影響表現(xiàn)在反應(yīng)速率常數(shù)k上，故可用反應(yīng)速率常數(shù)之比來(lái)描述反應(yīng)速率之比。 r550/r400=k550/k400=Aexp(E/RT550)/ Aexp(E/RT400)=expE/R(1/T4001/T550)=23(倍) 4. 甲烷與水蒸氣在鎳催化劑及750等溫下的轉(zhuǎn)化反應(yīng)為： 原

4、料氣中甲烷與水蒸氣的摩爾比為1:4，若是這個(gè)反應(yīng)對(duì)各反應(yīng)物均為1級(jí)。已知 。試求： （1）反應(yīng)在恒容下進(jìn)行，系統(tǒng)的初始總壓為0.1013MPa，當(dāng)反應(yīng)器出口的CH4轉(zhuǎn)化率為80時(shí)，CO2,H2 的生成速率是多少？（2）反應(yīng)在恒壓下進(jìn)行，其他條件如（1）， 的生成速率又是多少？ 解：（1）由題意可將反應(yīng)速率表示為 A+2BC +4D rC=kCACB對(duì)于恒容過(guò)程，則有 CA=CA0(1XA) CB-=CB02CA0XACA0=PA0/RT=2.382×10-3mol/l CB0=4CA0=9.528×10-3 mol/l 當(dāng)XA=0.8時(shí) 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）對(duì)于恒壓過(guò)程，是個(gè)變?nèi)莘磻?yīng)過(guò)程，由（2.49）式可求出總摩爾的變化數(shù) A=t/A=（1+412）/1=2 反應(yīng)物A的原始分率： A0=1/(1+4)=0.2由（2.52）式可得轉(zhuǎn)化率為80%時(shí)的濃度： 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.擬在等溫間歇反應(yīng)器中進(jìn)行氯乙醇的皂化反應(yīng)：以生產(chǎn)乙二醇，產(chǎn)量為20kg/h ，使用15（質(zhì)量分率）的NaHCO3水溶液及30（質(zhì)量分率）的氯乙醇水溶液作原料，反應(yīng)器裝料中氯乙醇與碳酸氫鈉的摩爾比為1:1，混合液的密度為1.02kg/L 。該反應(yīng)對(duì)氯乙醇和碳酸氫鈉均為1級(jí)，在反應(yīng)溫度下反應(yīng)速率常數(shù)等于5.2L/(mol*h)，要求轉(zhuǎn)化率達(dá)到95。 （1）若輔助時(shí)間為0.5h，試計(jì)算反應(yīng)器

7、的有效體積； （2）若裝填系數(shù)取0.75，試計(jì)算反應(yīng)器的實(shí)際體積。解：（1）氯乙醇，碳酸氫鈉和乙二醇的分子量分別為80.5，84，62每小時(shí)產(chǎn)乙二醇：20/62=0.3226kmol/h每小時(shí)需氯乙醇：0.3226×80.5/0.95×30%=91.11 kg/h每小時(shí)需碳酸氫鈉：0.3226×84/0.95×15%=190.2kg/h原料體積流量：Q0=（91.11+190.2）/1.02=275.8l/h氯乙醇初始濃度：CA0=0.3226×1000/0.95×275.8=1.231mol/l反應(yīng)時(shí)間： 反應(yīng)體積： Vt= Q0（

8、t+t'）=956.5 L反應(yīng)器的實(shí)際體積： V= Vt/j=1275 L 7.在一個(gè)體積為300 L的反應(yīng)器中，86等溫下將濃度為3.2 mol/L 的過(guò)氧化氫異丙苯溶液分解生產(chǎn)苯酚和丙酮。該反應(yīng)為1級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)溫度下反應(yīng)速率常數(shù)等于0.08 s-1，最終轉(zhuǎn)化率達(dá)98.9，如果這個(gè)反應(yīng)器是間歇操作反應(yīng)器，并設(shè)輔助操作時(shí)間為15 min，試計(jì)算苯酚的產(chǎn)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 苯酚濃度C苯酚=CA0XA=

9、3.2×0.989=3.165 mol/L苯酚產(chǎn)量Q0C苯酚=18.82×3.165=59.56mol/min=335.9kg/h 8. 在管式反應(yīng)器中400等溫下進(jìn)行氣相均相不可逆吸熱反應(yīng)，該反應(yīng)的活化能等于39.77?，F(xiàn)擬在反應(yīng)器大小，原料組成和出口轉(zhuǎn)化率均保持不變的前提下（采用等溫操作），增產(chǎn)35，請(qǐng)你擬定一具體措施（定量說(shuō)明）。設(shè)氣體在反應(yīng)器內(nèi)呈活塞流。解：題意要求在反應(yīng)器大小，原料組成和出口轉(zhuǎn)化率均保持不變，由下式：t=vr/qo可知，Q0與反應(yīng)速率常數(shù)成正比，而改變反應(yīng)溫度又只與k有關(guān)，所以，提高反應(yīng)溫度可使其增產(chǎn)，具體值為：q1/q2=k1/k2 解此式可得：

10、T2=702.7 K，即把反應(yīng)溫度提高到702.7 K下操作，可增產(chǎn)35% 9.設(shè)氣體A 為催化劑的吸附位 吸附 ：A+= A，若為理想吸附，KA為吸附平衡常數(shù)，A為表面覆蓋率，則吸附等溫方程為：一氧化碳變換反應(yīng): 試擬定該反應(yīng)的合適的反應(yīng)步驟。解：根據(jù)題意，假設(shè)反應(yīng)步驟如下：并假設(shè)第二步是控制步驟，其速率方程:r=KsQaPb就代表了整個(gè)反應(yīng)的速率方程：其余的兩步可認(rèn)為達(dá)到平衡，則有：Qa=KaPAQV Qc=由于QA+QC+QV=1,有：將QAQC,代入速率式，得：式中。故上述假定與題意符合。（2） 6.等溫下進(jìn)行1.5級(jí)液相不可逆反應(yīng)： AB+C，反應(yīng)速率常數(shù)等于，A的濃度為2

11、 kmol/m3 的溶液進(jìn)入反應(yīng)裝置的流量為1.5 m3/h 。試分別計(jì)算下列情況下A的轉(zhuǎn)化率達(dá)95時(shí)所需的反應(yīng)體積： （1）一個(gè)連續(xù)釜式反應(yīng)器； （2）兩個(gè)等體積的連續(xù)釜串連釜式反應(yīng)器；（3）保證總反應(yīng)體積最小的前提下，兩個(gè)連續(xù)釜式反應(yīng)器并聯(lián)。解：（1）全混流反應(yīng)器 （2）兩個(gè)等體積全混反應(yīng)器串聯(lián) 由于Vr1=Vr2 所以由上二式得： XA2=0.95代入上式，化簡(jiǎn)后得到XA1= 0.8245，所以：串聯(lián)系統(tǒng)總體積為Vr=2Vr1=4.758m3（3） 此時(shí)的情況同（1），即Vr= 18.02m31. 推導(dǎo)題對(duì)氣-固催化反應(yīng)A + B = C，其可能的反應(yīng)機(jī)理如下： 試導(dǎo)出其速率方程表達(dá)式。答：因?yàn)榈谌綖榭刂撇襟E，所以其它各反應(yīng)均達(dá)到平衡狀態(tài)。則因?yàn)?，2，4步達(dá)到平衡，所以有 ,又 , 解得將之帶入前面的方程得其中, 2. 在Pt催化劑上進(jìn)行異丙苯分解反應(yīng) 以A、B及R分別代表異丙苯，苯及丙烯，反應(yīng)步驟如下：, , 若表面反應(yīng)為速率控制步驟，試推導(dǎo)異丙苯分解的速率方程。 答：rA= K1AK2PRB 由于A+B+=1 將A，B代人上式得 KA PA+ KB PB+=1 整理得： =1/（1+KA PA+KB PB） 將A，B，代人速率方程中 rA=k（PAPBPR