发布时间 : 星期六 文章化学反应工程习题答案 - 图文更新完毕开始阅读ee688ea9284ac850ad0242b2
（1） （1） 以反应体积为基准的速率常数kV。
（2） （2） 以反应相界面积为基准的速率常数kg。
（3） （3） 以分压表示反应物系组成时的速率常数kg。
（4） （4） 以摩尔浓度表示反应物系组成时的速率常数kC。
解：利用（2.10）式及（2.28）式可求得问题的解。注意题中所给比表面的单位换算成m2/m3。
(1)kv??bkw?1.13?103?0.0535?60.46kmol/m3.h(2)kg??bavkw??b?b?30?10?6kmol/m2.hk?1.78?10w3kmol(3)kp?(1)nkw?(1)0.45?0.0535?0.1508P0.1013kg.h.(MPa)0.45?33n0.458.31?10?700mRT(4)kc?()kw?(）?0.0535?0.333()0.45(kmol)P0.1kmolkg.h
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
?d??dCAdXA?CA0(1?XA)???rA????CA0dtdtdt 0.5222rA?0.8C1.5ACB?0.8CA?0.8CA0(1?XA)
0.5rA?0.8C1.5CABmol/l?min
代入速率方程式
CA0化简整理得
dXA22?0.8CA0(1?XA)dt
积分得
dXA?0.8CA0dt(1?XA)
0.8CA0t?解得XA=82.76%。
2.5氨合成塔入口的气体组成为3.5%NH3,20.8%N2,62.6%H2,7.08%Ar及5.89CH4。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：
XA1?XA
r?k1pN2p1.5H2pNH3?k2pNH3p1.5H2kmol/m3?h
逆反应的活化能
??E?17.58?104J/mol。450℃时
2k2?2277m3(MPa)0.5/m3?h，且k1/k2?KP，490℃时，Kp可按下式计算：
logKp?2047.8/T?2.4943logT?1.256?10?4T?1.8564?10?7T2?3.206注：m3为标准立方米。
解：题中给出450℃时的k2值，而反应是在490℃下，故首先要求出490℃时的k2值。
利用（2.27）试，求出频率因子A:
??k2?Aexp(?E)RT???17.58?104/8.314?723?EA?k2exp()?2277/e?1.145?1016RT??'16?17.58?104/8.314?723?Ek2?Aexp()?1.145?10e?1.055?104m3(MPa)0.5/m3.hRT490℃的Kp值由题给公式计算出
logKp?2047.8/763?2.4943log763?1.256?10?4?763?1.8564?10?7?7632????????????3.206??1.2524Kp?5.592?10?2求k1值：
K2p?k1'k2'k1?K2kp2求各组分的分压值：
k1?(5.592?10?2)2?1.055?104?33m3(MPa)?1.5/m3.h
1N?3H?NH32222
?ipA0XA?Api?1?yA0?AXApi0??iyA0XA?Ayi? , pi?yiP1?yA0?AXAyi0?131－（＋）22＝－2yA0?20.87% ， ?A＝12?yR0?RyA0XA?AyR?1?yA0?AXA0.035?0.10?1*0.2087*XA1?21?0.2087*(-2)*XA45.914XA?6.5XA?0.1416yA? ?yA0?yA0XA1?yA0?AXA0.2087(1-0.1416)1?0.2087*(-2)*0.1416 ?0.19043yH0?yA0XA1yH?1?yA0?AXA ?0.626-3*0.2087*0.1416＝0.57161?0.2087*(-2)*0.1416
pi?yiP
各组分的分率及分压值为 NH3 10% pNH3=3MPa N2 19.06% pN2=5.718MPa H2 57.18% pH2=17.15MPa Ar+ CH4 13.79% pAr+ CH4=4.137MPa 反应速率为：
r?k1pN2p1.5H2pNH3?k2pNH3p1.5H21.517.153?33.0?5.718??1.055?104?317.151.5?4.023?103m3/m3cat.h(179.6kmol/m3cat.h)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？ （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9.629?10J/mol,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。
4
r550k550?r400k4002.8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9.211?10J/mol，化学计量数等于2，反应式为：
4Aexp(?E)E(1?1)96290(1?1)RT550RT400T550??e?e8.314673823?23（倍）?EAexp()RT400
其平衡常数与温度的关系为：
SO2?1O2?SO32
logKp?4905.5/Te?4.6455