0、1习题《催化反应工程》

《催化反应工程》习题(Catalytic Reaction Engineering)上海师范大学生命与环境学院

郭亚军教授

2010年9月—2011年1月

0 绪论

1、2004、2006、2008、2010

International Symposia on Chemical Reaction Engineering (ISCRE) 情况综述。

2、化学反应工程。

3、催化反应工程。

4、催化反应工程主要研究内容。

5、“工程放大”及其方法。

6、数学模拟放大法示意图。

7、反应器设计与模型建立流程示意图。

1 化学反应动力学基础

1、银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应:

2CH3OH+O2→2HCHO+2H2O

2CH3OH+3O2→2CO2+4H2O

进入反应器的原料中，甲醛:空气:水蒸气＝2:4:1.3（物质的

量比），反应后甲醇的转化率为72％，甲醛的收率为62.9％。试计算：

（1）反应的选择率；

（2）反应气体的出口组成。

2、甲醛合成过程中含有组分。已知反应器进口各组分的摩尔分

数为y i,in ，i 代表各组分。取CO 和CO 2加氢反应为关键反应，分别导出：

出口气体中关键组分的摩尔分数为和

时，其余各

组分的摩尔分数。

2

CO y CH CH y 3

3、确定下列反应物系的独立反应数

[CO,CO2,H2,CH3OH,H2O,CH4,CH3OCH3,C4H9OH,N2]

⎪⎩

⎪⎨⎧−→−−→−−→−→T S

P A 32

1

)

- E (E k )- E (E k R - E E T opt 210

2130

32

3ln =平行反应

4、平行反应：

P 为目的产物，各反应均为一级不可逆放热反应，反映活化能依次为E 2<E 1<E 3，证明最佳温度

5、丁烯在某催化剂上制丁二烯的总反应式为：

()(

)

+⇔===+⇔===⇔+===6464264848484(C)(B)(A)H C )H (C H )H (C )H (C )

H (C H C （1）写出（A ）为控制步骤的均匀吸附动力学

（2）写出（C ）为控制步骤的均匀吸附动力学方程；（3）写出（B ）为控制步骤的均匀吸附动力学方程，若反应

物和产物的吸附都很弱，问此时反应对丁烯是几级反应。

26484H H C H C +⇔假设反应按如下步骤进行

6、试从四氢呋喃热分解的半衰期t0.5(即x=0.5时)数据，

确定其反应率方程。

P0/k pa28.46 27.13 37.24 17.29 27.40 t0.5/min 14.5 67 17.3 39 47

t/℃569 530 560 550 539

7、液相中反应物A 通过生成中间产物AE 转化为产物B ，

E

B AE E A +→⇔+速率方程可表示为

A

CA CA C K k dt d +=-其中k,K 为常数。

试验测定数据如下表，试计算k,K 。

t/h 07.45×10-38.57×10-3

9.56×10-3

C A /mol/m 3

10.0

1.0

0.5

0.25

8、铂催化剂上乙烯深度氧化的动力学方程可以表示为r=kp A p B /(1+K B p B )2，式中p A ,p B 分别为乙烯及氧的分压。473K 等温下的实验数据如下表。试求该温度下的反应速率常数k 和吸附平衡常数K B

序号

p A /103MPa p B /103MP a

r ×104(mol/g·min)

18.99 3.230.672214.22 3.00 1.0723

8.86

4.08

0.598

48.32 2.030.7135 4.730.890.61367.75 1.740.8347

7.75

1.82

0.828

8 6.17 1.730.6569 6.13 1.730.69410 6.98 1.560.79111

2.87

1.06

0.418

CO H CH OCH CH ++→2433反应在等温间歇反应器中进行，测得下列数据

9、二甲醚在504℃时热分解反应为

反应在等温间歇反应器中进行，测得下列数据

试确定反应级数与反应速率常数。t/s 039077711953155∞

p 0/kP a 41.654.465.174.9103.9124.1