反應(yīng)工程第二章作業(yè)121101班第八組反應(yīng)工程121101班2.22.22.2在一管式反應(yīng)器中常壓300℃等溫下進(jìn)行甲烷化反應(yīng)：催化劑體積為10ml，原料氣中CO的含量為3%，其余為N2,H2氣體，改變進(jìn)口原料氣流量Q0進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測得出口CO的轉(zhuǎn)化率為：試求當(dāng)進(jìn)口原料氣體流量為50cm3/min時CO的轉(zhuǎn)化速率。Q0(ml/min)83.367.650.038.529.422.2X(%)2030405060702.2在一管式反應(yīng)器中常壓300℃等溫下進(jìn)行甲烷化反應(yīng)：Q解題思路：

由流動反應(yīng)器模型反應(yīng)速率rA表達(dá)式變換可知，求出XA～VR/Q0和CAO的值；便可求出CO的轉(zhuǎn)化速率解題思路：由流動反應(yīng)器模型反應(yīng)速率公式可知故反應(yīng)速率可表示為：由流動反應(yīng)器模型反應(yīng)速率公式可知故CO的轉(zhuǎn)化速率為：

6.38×10-4×1.8657=1.19×10-3mol/l故CO的轉(zhuǎn)化速率為：2.52.52.5氨合成塔入口的氣體組成為3.5%NH3,20.87%N2，62.6%H2，7.08%Ar及5.89%CH4。該塔是在30MPa壓力下操作。已知催化劑床層中某處的溫度為490℃，反應(yīng)氣體中氨含量為10%（mol），試計算該處的反應(yīng)速率。在Fe催化劑上氨合成反應(yīng)速率式為：逆反應(yīng)的活化能，450℃時1.02×10^5kmol·Pa0.5/（m3·h）時，且，490℃時，Kp可按下式計算：2.5氨合成塔入口的氣體組成為3.5%NH3,20.87%N解題思路由題目所給反應(yīng)速率式可知，要求得反應(yīng)速率，需知各組分分率和分壓以及k1k2的值。

而題中給出的k2值為450℃，所以先求出490℃時k2的值，再由題中給出公式求出k1的值。

然后求出各組分分率及分壓，帶入反應(yīng)速率式即可求出結(jié)果。解題思路由阿倫尼烏斯方程可知可得指前因子A:=0.513×1018490℃時

=4.73×105

由阿倫尼烏斯方程可知490℃的Kp值由題給公式計算出求k1值：

=(5.592×10-2)2×4.73×105=1.48×103490℃的Kp值由題給公式計算出求各組分的分壓值：設(shè)N2為組分1，H2為組分2，NH3為組分3

pi=yi×P求各組分的分壓值：轉(zhuǎn)化1mol時反應(yīng)混合物總摩爾數(shù)的變化反應(yīng)工程-課后題-詳解由題意得yAo=y1o=20.87%，y2o=62.6%，y3o=3.5%，y3=10％由題意得yAo=y1o=20.87%，y2o=62.6%，y各組分的分率及分壓值為帶入反應(yīng)速率式可得：NH310%pNH3=3MPaN219.06%pN2=5.718MPaH257.18%pH2=17.15MPaAr+CH413.79%pAr+CH4=4.137MPa各組分的分率及分壓值為NH310%pNH3=3MPaN2192.82.82.8

0.103MPa壓力下，在釩催化劑上進(jìn)行SO2氧化反應(yīng)，原料氣摩爾組成為7%SO2,11%O2，及82%N2。試計算轉(zhuǎn)換率為80%時的最佳溫度。二氧化硫在釩催化劑上氧化的正反應(yīng)活化能為9.211×104J/mol，化學(xué)計量數(shù)等于1/2，反應(yīng)式為：,它的平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系為：。該反應(yīng)的熱效應(yīng)ΔHr=-9.629×104J/mol。2.80.103MPa壓力下，在釩催化劑上進(jìn)行SO2氧化反解題思路：根據(jù)求最佳溫度的公式（2.37）：欲求最佳溫度Top，我們需要先得到平衡溫度Te及正逆反應(yīng)的活化能。題目中給出了平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系，所以，我們只要求出平衡常數(shù)，就可以算出平衡溫度Te。并且，已知和ΔHr，由公式（2.31）：就可求出,進(jìn)而求出Top。解題思路：解：1、求出轉(zhuǎn)換率為80%時各組分的分壓，通過各組分的分壓求得平衡常數(shù)。解：以100mol為基準(zhǔn)所以，平衡常數(shù)KD為：X（轉(zhuǎn)化率）SO2O2SO3N2Σ07.011.0082.0100.00.87×（1-0.8）=1.411-5.6×0.5=8.25.682.097.2以100mol為基準(zhǔn)X（轉(zhuǎn)化率）SO2O2SO3N2Σ07.代入題中給出的平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系式得:求出:反應(yīng)工程-課后題-詳解2 、利用公式(2.31)求逆反應(yīng)活化能反應(yīng)工程-課后題-詳解已知=9.211×104J/mol、、ΔHr=-9.629×104J/mol。代入解得：所以，最佳溫度為：、已知=9.211×104J/mol、2.122.122.12甲烷與水蒸氣在鎳催化劑及750℃等溫下的轉(zhuǎn)化反應(yīng)為：原料氣中甲烷與水蒸氣的摩爾比為1：4，若這個反應(yīng)對各反應(yīng)物均為一級，已知k=2m3/(kmol.s),試求：（1）反應(yīng)在恒容下進(jìn)行，系統(tǒng)的初始總壓為0.1013MPa，當(dāng)反應(yīng)器出口的CH4轉(zhuǎn)化率為80%時，CO2和H2的生成速率是多少？（2）反應(yīng)在恒壓下進(jìn)行，其他條件如（1），CO2的生成速率又是多少？2.12甲烷與水蒸氣在鎳催化劑及750℃等溫下的轉(zhuǎn)化反應(yīng)為：解題思路根據(jù)冪函數(shù)型速率方程，由于這個反應(yīng)對各反應(yīng)物均為一級，得到速率方程為：題目中已知速率常數(shù)k，只要求得CA、CB就能算出組分的反應(yīng)速率。恒容過程時只需考慮nA隨XA的變化即可，根據(jù)公式（2.44）

（2.45）

可求出CA

，CB恒壓過程時，反應(yīng)混合物的體積隨轉(zhuǎn)化率而變，先根據(jù)公式（2.49）求出轉(zhuǎn)化1mol時，反應(yīng)混合物總摩爾的變化，再根據(jù)公式（2.44）

（2.45）

（2.50）

求出CA

，CB,從而求出反應(yīng)速率。解題思路解：（1）由題意可將反應(yīng)速率表示為：對于恒容過程，則有：解：（1）由題意可將反應(yīng)速率表示為：當(dāng)XA0=0.8時

反應(yīng)工程-課后題-詳解（2）對于恒壓過程，是個變?nèi)莘磻?yīng)過程，求得總摩爾數(shù)的變化：反應(yīng)物A的原始分率：反應(yīng)工程-課后題-詳解轉(zhuǎn)化率為80%時的濃度：反應(yīng)工程-課后題-詳解2.142.142.14在Pt催化劑上進(jìn)行異丙苯分解反應(yīng)：以A,B及R分別表示異丙苯，苯及丙烯，反應(yīng)步驟如下：（1）（2）（3）若表面反應(yīng)為速率控制步驟，試推導(dǎo)異丙苯分解的速率方程。2.14在Pt催化劑上進(jìn)行異丙苯分解反應(yīng)：解題思路：1.吸附2.反應(yīng)3.脫附此時第二步為速率控制步驟，該步的速率即等于反應(yīng)速率。

將質(zhì)量作用定律作用于第二步，即可求得該步的反應(yīng)速率。解題思路：解：根據(jù)速率控制步驟及定態(tài)近似原理，除表