反应工程课后习题.pdf

第二章

1．在一管式反应器中等温下进行甲烷化反应：

催化剂体积为10ml,原料气中CO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：

83.367.650.038.529.422.2

X/%203040506070

试求当进口原料气体流量为50ml/min时的转化速率。

解：是一个流动反应器，由（2.7）式可知其反应速率为

rA=－dFA/dVr

FA=FA,0(1－XA)=Q0CA0(1－XA)

dFA=－Q0CA0dXA

故反应速率可表示为：

rA=Q0CA0dXA/dVr=CA0dXA/d（Vr/Q0）

用XA－Vr/Q0作图，过Vr/Q0=0.20min的点作切线，即得该条件下的dXA/d（Vr/Q0）

值a

Vr/Q0min0.120.1480.20.260.340.45

XA%203040506070

由（2.6）式可知

rA=－dCA/dt=－d{CA0（1－xa）/dt=CA0dXA/dt

代入速率方程式

CA0dXA/dt=0.8C2A0(1－XA)2

化简整理得

dXA/(1－XA)2=0.8CA0dt

积分得

0.8CA0t=XA/(1－XA)=9.6

解得XA=90.59%

2．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9.629×104J/mol，如果不考虑逆反应，在反应物料组成相同的情况下，试问反应温度为

550℃时的速率比反应温度为400℃时的反应速率大多少倍？

解：从题中可知，反应条件除了温度不同外，其他条件都相同，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。

r550/r400=k550/k400=Aexp(－E/RT550)/Aexp(－E/RT400)

=eE/R(1/T400－1/T550)=23(倍)

3．在一恒容反应器中进行下列液相反应

式中分别表示产物R及D的生成速率。反应用的原料为A与B的混合物，其

中A的浓度为2，试计算A的转化率达到95％时所需的反应时间。

解：反应物A的消耗速率为两反应速率之和，即

RA=rR+2rD=1.6CA+16.4C2A=1.6CA（1+10.25CA）

利用（2.6）式

－dCA/dt=1.6CA（1+10.25CA）

积分得

1.6t=

+Ln{[(1－XA)+1/10.25CA0]/(1+1/10.25CA0)}

=－Ln（1－XA）

解之得t=0.6332/1.6=0.3958h

4．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，若是这个反应对各反应物均为1级。已知

。

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,H2的生成速率是多少？

（2）反应在恒压下进行，其他条件如（1），的生成速率又是多少？

解：（1）由题意可将反应速率表示为

A+2B→B+4DrC=kCACB

对于恒容过程，则有

CA=CA0(1－XA)

CB-=CB0－2CA0XA

CA0=PA0/RT=2.382×10-3mol/l

CB0=4CA0=9.528×10-3mol/l

当XA=0.8时

CA=CA0(1－XA)=4.764×10-4mol/l

CB-=CB0－2CA0XA=5.717×10-3mol/l

RC=rC=kCACB=5.447×1