内容发布更新时间 : 2024/12/24 10:09:16星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
1 绪 论
1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应:
进入反应器的原料气中,甲醇:空气:水蒸气=2:4:1.3(摩尔比),反应后甲醇的转化率达72%,甲醛的收率为69.2%。试计算
(1) (1) 反应的选择性;
(2) (2) 反应器出口气体的组成。
解:(1)由(1.7)式得反应的选择性为:
(2)进入反应器的原料气中,甲醇:空气:水蒸气=2:4:1.3(摩尔比),进入反应器的总原料量为100mol时,则反应器的进料组成为· 组分 摩尔分率yi0 摩尔数ni0(mol) CH32/(2+4+1.3)=0.2740 27.40 OH 空气 4/(2+4+1.3)=0.5479 54.79 水 1.3/(2+4+1.3)=0.1781 17.81 总计 1.000 100.0 设甲醇的转化率为XA,甲醛的收率为YP,根据(1.3)和(1.5)式可得反应器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数nA、nP和nc分别为:
nA=nA0(1-XA)=7.672 mol nP=nA0YP=18.96 mol
nC=nA0(XA-YP)=0.7672 mol
结合上述反应的化学计量式,水(nW)、氧气(nO)和氮气(nN)的摩尔数分别为:
nW=nW0+nP+2nC=38.30 mol nO=nO0-1/2nP-3/2nC=0.8788 mol nN=nN0=43.28 mol
所以,反应器出口气体组成为: 组分 摩尔数(mol) 摩尔分率% CH37.672 6.983 OH HCH18.96 17.26 O H2O 38.3 34.87 CO2 0.7672 0.6983 O2 0.8788 0.7999 N2 43.28 39.39
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2 反应动力学基础
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:
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
由(2.6)式可知
代入速率方程式
化简整理得
积分得
解得XA=82.76%。
2.6下面是两个反应的T-X图,图中AB是平衡曲线,NP是最佳温度曲线,AM是等温线,HB是等转化率线。根据下面两图回答:
(1) (1) 是可逆反应还是不可逆反应? (2) (2) 是放热反应还是吸热反应? (3) (3) 在等温线上,A,D,O,E,M点中哪一点速率最大,哪一点速率最小?
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(4) (4) 在等转化率线上,H,C,R,O,F及B点中,哪一点速率最大,哪一
点速率最小?
(5) (5) 在C,R两点中,谁的速率大?
(6) (6) 根据图中所给的十点中,判断哪一点速率最大?
解: 图2.1 图2.2 (1)可逆反应 可逆反应 (2)放热反应 吸热反应
(3)M点速率最大,A点速率最小 M点速率最大,A点速率最小 (4)O点速率最大,B点速率最小 H点速率最大,B点速率最小 (5)R点速率大于C点速率 C点速率大于R点速率
(6)M点速率最大 根据等速线的走向来判断H,M点的速率大小。
2.7在进行一氧化碳变换反应动力学研究中,采用B106催化剂进行试验,测得正反应活化能为
,如果不考虑逆反应,试问反应温度是
550℃时的速率比反应温度是400℃时的速率大多少倍?
解:从题中可知,反应条件除了温度不同外,其它条件都相同,而温度的影响表现在反应速率常数k上,故可用反应速率常数之比来描述反应速率之比。
2.8常压下,在钒催化剂上进行SO2氧化反应,原料气组成为7%O2及82%N2。试计算转化率为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
,化学计量数等于2,反应式为:
该反应的热效应
。
其平衡常数与温度的关系为:
解:(1)求出转化率为80%时各组分的分压:
以100mol为基准 x SO2 O2 SO3 N2 ∑ 0 7.0 11.0 0 82.0 100.0 0.80 7(1-0.80)=1.4 11-5.6×0.5=8.2 5.60 82.0 97.2 3
(2)求与上述组成对应的平衡常数KP值:
(3)求平衡温度Te
(4)利用(2.31)式求逆反应活化能
值
(5)利用(2.31)式求最佳温度TOP
2.11在210℃等温下进行亚硝酸乙脂的气相分解反应:
该反应为一级不可逆反应,反应速率常数与温度的关系为
,若反应是在恒容下进行,系统的
起始总压为0.1013MPa,采用的是纯亚硝酸乙脂,试计算亚硝酸乙脂分解率为80%时,亚硝酸乙脂的分解速率及乙醇的生成速率。 若采用恒压反应,乙醇的生成速率又是多少?
解:(1)恒容过程,其反应式可表示为:
反应速率式表示为:
设为理想气体,反应物A的初始浓度为:
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亚硝酸乙脂的分解速率为:
乙醇的生成速率为:
(2)恒压过程,由于反应前后摩尔数有变化,是个变容过程,由(2.49)式可求得总摩尔数的变化。
由于反应物是纯A,故有:yA0=1。 由(2.52)式可求得组分的瞬间浓度:
乙醇的生成速率为:
2.12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=2l/mol.s,试求:
(1) (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) (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:(1)由题意可将反应速率表示为:
对于恒容过程,则有
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