反應(yīng)工程習(xí)題

在銀催化劑上進(jìn)行甲醇氧化為甲醛的反應(yīng)：

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%，甲醛的收率為69.2%。試計算⑴反應(yīng)的選擇性；⑵反應(yīng)器出口氣體的組成。解：⑴反應(yīng)的選擇性為：

⑵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)器的總原料量為100mol時，則反應(yīng)器的進(jìn)料組成為：

設(shè)甲醇的轉(zhuǎn)化率為XA，甲醛的收率為YP，則反應(yīng)器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩爾數(shù)nA、nP和nc分別為：nA=nA0(1-XA)=7.672mol；nP=nA0YP=18.9608mol；nC=nA0XA-nP=0.7672mol組分摩爾分率yi0摩爾數(shù)ni0(mol)CH3OH2/（2+4+1.3）=0.274027.40空氣4/（2+4+1.3）=0.547954.79水1.3/（2+4+1.3）=0.178117.81總計1.000100.0

結(jié)合上述反應(yīng)的化學(xué)計量式，水（nW）、氧氣（nO）和氮?dú)猓╪N）的摩爾數(shù)分別為：

nW=nW0+nP+2nC=38.30molnO=nO0-1/2nP-3/2nC=0.8788molnN=nN0=43.28mol所以，反應(yīng)器出口氣體組成為：組分摩爾數(shù)（mol）摩爾分率%CH3OH7.6726.983HCHO18.9617.26H2O38.334.87CO20.76720.6983O20.87880.7999N243.2839.392.在等溫下進(jìn)行液相反應(yīng)A+B→C+D，在該條件下的反應(yīng)速率方程為：若將A和B的初始濃度均為3mol/l的原料混合進(jìn)行反應(yīng)，求反應(yīng)4min時A的轉(zhuǎn)化率。解：由題中條件知是個等容反應(yīng)過程，且A和B的初始濃度均相等，即為1.5mol/l，故可把反應(yīng)速率式簡化，得

t=4min時，解得XA=82.76%3.在催化劑上進(jìn)行三甲基苯的氫解反應(yīng)：反應(yīng)器進(jìn)口原料氣組成為66.67%H2,33.33%三甲基苯。在0.1Mpa及523K下等溫反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)器出口三甲基苯的轉(zhuǎn)化率為80%時，其混合氣體的氫含量為20%，試求：（1）

此時反應(yīng)器出口的氣體組成。（2）

若這兩個反應(yīng)的動力學(xué)方程分別為：則出口處二甲基苯的生成速率是多少？

解：以100kmol為計算基準(zhǔn)，設(shè)X為三甲基苯的轉(zhuǎn)化率，Y為生成的甲苯摩爾數(shù)。

用物料衡算求出口氣體組成：

組分名稱X=0時X=0.8時三甲基苯(A)33.3333.33（1-X）氫（B）66.6766.67-33.33X-Y二甲基苯(C)033.33X-Y甲烷(D)033.33X+Y甲基苯（E）0Y∑100.0100.0

由題給條件可知，混合氣中氫的含量為20%，所以有：

66.67-33.33X-Y=20

解得Y=66.67-33.33×0.8-20=20.01kmol（甲苯量）生成的二甲基苯量：33.33×0.8-20.01=6.654kmol

生成的甲烷量：33.33×0.8+20.01=46.67kmol

剩余的三甲基苯量：33.33×（1-0.8）=6.666kmol

氫氣含量為：20kmol

故出口尾氣組成為：三甲基苯6.666%，氫氣20%，二甲基苯6.654%，甲烷46.67%，甲基苯20.01%。（2）

由題給條件可知，各組分的出口濃度為：則二甲苯的生成速率為：4.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20㎏/h，使用15%（重量）的NaHCO3水溶液及30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反應(yīng)器裝料中氯乙醇和碳酸氫鈉的摩爾比為1：1，混合液的比重為1.02。該反應(yīng)對氯乙醇和碳酸氫鈉均為一級，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）

若輔助時間為0.5h，試計算反應(yīng)器的有效體積；（2）

若裝填系數(shù)取0.75，試計算反應(yīng)器的實(shí)際體積。解：氯乙醇，碳酸氫鈉，和乙二醇的分子量分別為80.5,84和62kg/kmol,每小時產(chǎn)乙二醇：20/62=0.3226kmol/h每小時需氯乙醇：每小時需碳酸氫鈉：原料體積流量：氯乙醇初始濃度：V0反應(yīng)時間：V0（2）

反應(yīng)器的實(shí)際體積：

φ思考題：在常壓及800℃等溫下在活塞流反應(yīng)器中進(jìn)行下列氣相均相反應(yīng)：在