发布时间 : 星期二 文章化学反应工程习题答案 - 图文更新完毕开始阅读ee688ea9284ac850ad0242b2
该反应的热效应?Hr?9.629?10J/mol。
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 4pSO2?PySO2?0.1013?1.4/97.2?1.46?10?3(MPa)pO2?PyO2?0.1013?8.2/97.2?8.55?10?3(MPa)pSO3?PySO3?0.1013?5.6/97.2?5.84?10?3(MPa)pN2?PyN2?0.1013?82/97.2?8.55?10?2(MPa) （2）求与上述组成对应的平衡常数KP值：
KP?pSO30.5pSO2po2?35.84?10??43.26?3??3?0.51.46?10?8.55?10???(3)求平衡温度Te
logKp?4905.5/Te?4.6455
(4)利用（2.31）式求逆反应活化能E值
Te?4905.5?780.9K6.282(5)利用（2.31）式求最佳温度TOP
????44?9.629?10?HrE?E??9.211?10??1.403?105J/mol?r2
TOP?2.9在一恒容反应器中进行下列液相反应：
3r?1.6Ckmol/m?h A?B?R RA23r?8.2Ckmol/m?h 2A?D DA780.9Te????739.004K8.314?780.9RT??eE1?ln14.031???ln??49.211(14.03?9.211)?10E?EE
式中rR,rD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2kmol/m3，试计算A的转化率达到95%时所需的反应时间。
解：反应物A的消耗速率应为两反应速率之和，即 利用（2.6）式
2RA?rR?2rD?1.6CA?16.4CA?1.6CA(1?10.25CA)
?积分之
dCA?1.6CA(1?10.25CA)dt
1?(1?X)??A10.25CA0??CA10.2511.6t??CA0?(?)dCA??ln(1?XA)?ln??CA10.25CA?111???10.25CA0??t?0.6463/1.6?0.4038h2.10在催化剂上进行三甲基苯的氢解反应：
反应器进口原料气组成为66.67%H2,33.33%三甲基苯。在0.1Mpa及523K下等温
反应，当反应器出口三甲基苯的转化率为80%时，其混合气体的氢含量为20%，试求：
（1） （1） 此时反应器出口的气体组成。
（2） （2） 若这两个反应的动力学方程分别为：
0.5rA?6300CACBkmol/m3?h 0.5rE?3400CCCBkmol/m3?h
C6H3(CH3）3?H2?C6H4(CH3)2?CH4
C6H4(CH3）2?H2?C6H5CH3?CH4
则出口处二甲基苯的生成速率是多少？
解：以100mol为计算基准，设X为三甲基苯的转化率，Y为生成的甲苯摩尔数。
（1） （1） 用物料衡算求出口气体组成： 组分名称 X=0时 X=0.8时 三甲基苯(A) 33.33 33.33（1-X） 氢（B） 66.67 66.67-33.33X-Y 二甲基苯(C) 0 33.33X-Y 甲烷(D) 0 33.33X+Y 甲基苯（E） 0 Y ∑ 100.0 100.0 由题给条件可知，混合气中氢的含量为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 氢气含量为：20kmol 故出口尾气组成为：三甲基苯6.666%，氢气20%，二甲基苯6.654%，甲烷46.67%，甲基苯20.01%。
（2） （2） 由题给条件可知，三甲基苯的出口浓度为：
pA0?33?0.1?0.3333?7.669?10kmol/mRT8.314?10?3?523CA?CA0(1?0.8)?7.669?10?3(1?0.8)?1.534?10?3kmol/m3 CA0?
0.50.5RC?rA?rE?6300CACB?3400CCCB0.20?1.534?10?3?4.6?10?3kmol/m30.06666CC?0.06654?1.534?10?3?1.532?10?3kmol/m30.06666CD?0.4667?1.534?10?3?1.074?10?3kmol/m30.06666CE?0.2001?1.534?10?3?4.603?10?3kmol/m30.06666 CB??6300?1.534?10?3?(4.6?10?3)0.5?3400?1.532?10?3?(4.6?10?3)0.5?0.6555?0.3533?0.3022kmol/m3.h2.11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
C2H5NO2?NO?1CH3CHO?1C2H5OH22
k?1.39?1014exp(?1.897?104/T)(s?1)，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：
A?B?1C?1D22
设为理想气体，反应物A的初始浓度为：
rA?kCA?kCA0(1?XA)
CA0?PyA0?20.1013??2.523?10mol/l?3RT8.314?10?483rA?kCA0(1?XA)?1.39?1014exp(?18973/T)?CA0(1?XA)?1.39?1014exp(?18973/483)?2.523?10?2?(100.8)?6.112?10?6mol/l.s
亚硝酸乙脂的分解速率为： 乙醇的生成速率为：
RA?rA?6.112?10?6mol/l.s
（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。
RD?1rA?3.056?10?6mol/l.s2
?A???t/?A?1?0.5?0.5?1?1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：
1
CA0(1?XA)2.523?10?2(1?0.8)CA???2.803?10?2mol/l1??AyA0XA1?1?1?0.8rA?kCA?1.39?1014exp(?18973/483)?2.803?10?2?3.395?10?6mol/l.s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：
1RD?rA?1.698?10?6mol/l.s2
CH4?2H2O?CO2?4H2
A?2B?C?4D对于恒容过程，则有
rC?kCACB
CA?CA0(1?XA)CB?CB0?2CA0XACA0CB0PA00.1013?0.2?3???2.382?10mol/l?3RT8.314?10?1023?4CA0?4?2.382?10?3?9.528?10?3mol/l
当XA0=0.8时
CA?CA0(1?XA)?2.382?10?3?0.2?4.764?10?4mol/lCB?CB0?2CA0XA?9.528?10?3?2?2.382?10?3?0.8?5.717?10?3mol/lRC?rC?kCACB?2?4.764?10?4?5.717?10?3?5.447?10?6mol/l.sRD?4rC?4?5.447?10?6?2.179?10?5mol/l.s（2）对于恒压过程，是个变容反应过程，由（2.49）式可求得总摩尔数的变化
?A???t/?A?1?4?1?2?2反应物A的原始分率：
1
yA0?由（2.52）式可求得转化率为80%时的浓度：
1?0.21?4
CA0(1?XA)2.382?10?3(1?0.8)CA???3.609?10?4mol/l1??AyA0XA1?2?0.2?0.8 CB0?2CA0XA9.528?10?3?2?2.382?10?3?0.8CB???4.331?10?5mol/l1??AyA0XA1?2?0.2?0.8