(完整版)反应工程课后答案完整版.

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），组分摩尔分率y i0 摩尔数n i0(mol)

CH3

2/（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

A P

出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数n A、n P和n c分别为：

n A=n A0(1-X A)=7.672 mol

n P=n A0Y P=18.96 mol

n C=n A0(X A-Y P)=0.7672 mol

结合上述反应的化学计量式，水（n W）、氧气（n O）和氮气（n N）的摩尔数分别为：

n W=n W0+n P+2n C=38.30 mol

n O=n O0-1/2n P-3/2n C=0.8788 mol

n N=n N0=43.28 mol

组分摩尔数（mol）摩尔分

率%

7.672 6.983

CH3

OH

18.96 17.26

HCH

O

H2O 38.3 34.87

CO2 0.7672 0.6983

O2 0.8788 0.7999

N2 43.28 39.39

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X A=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？

（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：

其平衡常数与温度的关系为：

该反应的热效应。

解：（1）求出转化率为80%时各组分的分压：

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

（2）求与上述组成对应的平衡常数K P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T OP

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：

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：y A0=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