第二章均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 2- 4 三級(jí)氣相反應(yīng)2NO+O? — 2NO“在30C及1②/"?下反應(yīng)，已知反應(yīng)速率常數(shù) 仁= 2.65x10產(chǎn)/（加O/2.Q,若以-乙二為門海表示，反應(yīng)速率常數(shù)島應(yīng)為何值？ 解： 原速率方程 (1) 由氣體狀態(tài)方程有 Pa = 9 RT = Pb_ ?RT www.khdaw com www.khdaw com 代入式(1) -"2.65xl04(務(wù))(務(wù)卜 2.65X10"刃)”海 當(dāng)壓力單位為kg J c卅時(shí)，R=0.08477, T=303K。 所以 * 2.65 x 10 x (0.08477 x303)_3 =1.564 刃o//[Z?’ (Jcgflcnr^\ 代入原動(dòng)力學(xué)方程整理得 考慮反應(yīng)A 一3P,其動(dòng)力學(xué)方程為S-靂"錚試推導(dǎo)：在恒容下以總床 解： 為-1-2 A 1 因，仏 =電，微分得些二丄些 RT Udt RT dt P表示的動(dòng)力學(xué)方程。 (1) 設(shè)初始原料為純A,兒□=「總量為%=仏 反應(yīng)過程中總摩爾數(shù) www.khdaw com www.khdaw com 根據(jù)膨脹因子定義 www.khdaw com 恒容下上式可轉(zhuǎn)換為 www.khdaw com www.khdaw com 所以 dPa _ \ &P dt 8a dt 將式（2）和式（3）代入式（1）胳理得 www.khdaw com www.khdaw com 2~6 在700C Zgjlc卅恒床下發(fā)生下列反應(yīng): C4H10 ——2C2H4+H2, www.khdaw com www.khdaw com "$）的速率 ;（3） 丁烷 反應(yīng)開始時(shí)，系統(tǒng)中含C4Hioll6kg,當(dāng)反應(yīng)完成50%時(shí)，丁烷分壓以2.4住//（■ 發(fā)生變化，試求下列各項(xiàng)的變化速率。（1）乙烯分汗；（2） H?的物質(zhì)的量，mol 的摩爾分?jǐn)?shù)。 解： Me、％ = 58 , 勺=nc、％r = — = 2000 mol P = 3 盤/ / enr , & c、氐=——y_- = 2 (1) 1 GZ4c =亍如=2?4 = 2(-,qzJil)= 2x24 = 4 8 @//(〃礦?Q (2) (3) 如盡.1 il = 0.8s 3 www.khdaw com www.khdaw com dn? dnr K = 一 -方丄=%（1 + %弘丿弋弘 dn? —= 2000x(l + 2xlx0.5)x0.8 = 3200 mol/s www.khdaw com 2-9 www.khdaw com www.khdaw com A &一 =1 - IA-AJ 嚴(yán)”-1) 反應(yīng) A P— S, (-/{) = ^cA , (-/;) = Jc2cp,己知 F=0 時(shí)，cA = , 勺為=0.2。反應(yīng)在等溫、間歇反應(yīng)誥屮進(jìn)行，過程為恒容過程，求反應(yīng)產(chǎn)物 P的瞬時(shí)收率與總收率。 W： /> kr Cp (pp = —^ = l_ 丄丄= 1- -J k\CA k\ www.khdaw com www.khdaw com $d" = L25gY缸一 0.25 Cp -勺丿 0.25(1-^) www.khdaw com www.khdaw com 或由 解：（1） 第三章均相反應(yīng)過程 k= -In—-— = —In―-——= 0.0926 miir t \-xA 13 1-0.7 T =丄 In =——-——In = 13 min / 八、"s *2； i— p- hu k 1 — xj 0.0926 1 — 0.7 (2)平推流反應(yīng)器 A =—=丄=0.0769 min4 r 13 （3）全混流反應(yīng)器 : =25.2 niin 0.0926x(1-0.7) 氏1 -每） =0.0397 min4 3- 2 在555K及3kg/cm?下，在平推流反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)：A― P,己知進(jìn)料中含30%A （摩爾分率），其余為恰性物料，加料流址為6.3 mol/s,動(dòng)力學(xué)方程為：（-Q）= 0.27 j （mol/m3? s）,為達(dá)到95%轉(zhuǎn)化率。試求：（1）所需空速是多少？ （2）反應(yīng)器容積大小。 (W： 竺=6.3 x 0.0嚴(yán) x 555 2 L/s = 0.09942 n? /, p 3x9.81x104/1.013x105 T =丄 111—-—= -^—111—— = 11.1S ? l-xx 0.27 1-0.95 xS> = l/r =1/11.1 = 0.09 s4 r= vor = 0.09942 xll.l = 1.104 ill3 3-4 均和氣相反應(yīng)A― 3P,服從二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。在5kg/cm2, 350C和vo=4m*h下，采 用一個(gè)2.5cm內(nèi)徑，2m長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器，能獲得60%轉(zhuǎn)化率。為了設(shè)計(jì)丁.業(yè)觀模的反應(yīng)器， 當(dāng)處理応為320m3/h,進(jìn)料中禽50%A, 50%怡性物料時(shí)，＜ 25 kg/cnr和350C下反應(yīng)，為獲 得60%轉(zhuǎn)化率，試求：（1）需用2.5cin內(nèi)徑，2m長(zhǎng)的律子多少根？ （2）這些竹子應(yīng)以并聯(lián) 或串聯(lián)？ 假設(shè)流動(dòng)狀況為平推流，忽略壓降，反應(yīng)氣體符介理想氣體行為。 解: c 3-1 6 =1 www.khdaw com www.khdaw com =97.4 m ol/m3 5x9.81xl04 &314x(350 + 273) 6(17 4)=卞 Q _ ?丫4) 1 + %" 1 + 2廠  由設(shè)計(jì)方程 心j -s屜』 3 V 2 dxA 1一4 丿 J 4.905 6( 1 + 2xa I】一才*丿 9 匚訐2噸f + 口 06 所以 工業(yè)反應(yīng)條件下： ”0 = 0.5 ,乙=豊尹=2.5% 1 + ^A)^A 1 + 兀4 -iOS 4 +4111(1-^) + ^ 17 Jo 10.36 所以 r = (2) 比較式(1)和式(2)得： 10.36 % Vq 10.36 1 320 … “沖 —=n= ?—?—= x k = 67.6u 68 根 / 4.905 心 v0 4.905 2.5 4 應(yīng)并聯(lián)組合。 3-5 丙烷熱解為乙烯反應(yīng)可表示為：C3Hs 2H4 + CH4,(忽略副反應(yīng)) 在772C等溫反應(yīng)時(shí)，動(dòng)力學(xué)方程為：其中，?曲若系統(tǒng)保證恒壓, /?=lkgf7cm\ w=800L/h (772C, 1 kgf7ciir)o 求當(dāng)xA = 0.5 時(shí)，所需平推流反應(yīng)器的體積。 解： g = l+; j],如=1 設(shè)計(jì)方程 "務(wù)，動(dòng)力學(xué)方程可轉(zhuǎn)換知 0如(1_ “4)= 0^0 Q _ 丫丿 1+5" 1+1 7= v0T = 800 X 2.216 = 1773 L www.khdaw com www.khdaw com 3-8 -?級(jí)反應(yīng)A P,在一體積為Vp的平推流反應(yīng)器中進(jìn)行，己知進(jìn)料溫度為150C, 活化能為84kJ/molo今改用全混流反應(yīng)器，起所需體積為Vm,則Vm/Vp應(yīng)有何關(guān)系？若轉(zhuǎn) 化率分別為0.6和0.9,如要使Vm=Vp,反應(yīng)溫度應(yīng)如何變化？如反應(yīng)級(jí)數(shù)分別為n=2, 1/2, -1時(shí)，全混流反應(yīng)器的體積將怎樣變化？ 解： 一級(jí)不可逆反應(yīng)設(shè)計(jì)方程 PFR CSTR (A) (B) (1)等溫反應(yīng)kp = g 則, Vm _ A Up (l_X/)ln(l_X/) www.khdaw com www.khdaw com (2)若7p=150C,耍求5 =卩屛則有, www.khdaw com < =_ S (1 -廠)噸-心 _1 1_ (C) www.khdaw com www.khdaw com 當(dāng)才d = 0?6時(shí)，由式（C）求得7；=159ec 當(dāng).xA = 0.9 時(shí)，由式（C）求得7； =175.6 C （3）n級(jí)不可逆反應(yīng)設(shè)計(jì)方程 PFR -1 -1 (D) CSTR 話（1^7 (E) 當(dāng)n=2時(shí) www.khdaw com www.khdaw com 當(dāng)n=l/2時(shí) 1 + (7 嚴(yán) >1 冬= Up 2[(1-才4嚴(yán) - (I-才/)] 2Q-才4)"? www.khdaw com www.khdaw com 當(dāng)n=—1時(shí) www.khdaw com www.khdaw com 3-10 某一分解反應(yīng) 己知Co=lmol/L,且S1為目的產(chǎn)物，求: (1) 全混釜；（2）平推流：（3） 你所設(shè)想的瑕 www.khdaw com www.khdaw com 合適反應(yīng)器或流程所能獲得的Si最高濃度是名少? 解: 1 2。+ 1 + 刁(1 + 6廣 (1) CSTR www.khdaw com www.khdaw com (1 + 6) www.khdaw com ck - =1.0 mol/L o www.khdaw com www.khdaw com (2) PFR www.khdaw com www.khdaw com 當(dāng)eA = 0時(shí), 1 1 1 + 0 2 c^ = 0.5 mol/L o www.khdaw com www.khdaw com (3)采用全混流反應(yīng)器與分離裝置組合，=1.0mol/Lo 第四章非理想流動(dòng) 4- 2 脈沖示蹤測(cè)得如下數(shù)據(jù),求E、Fo t/min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 c(t)/(g/L) 0 0 3 5 6 6 4 3 2 1 0 解：(1)求 Coo t/min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 c(t)/(g/L) 0 0 3 5 6 6 4 3 2 1 0 E(t) 0 .0 0.1 0.167 0.2 0.2 0.133 0.1 0.067 0.033 0 F(t) 0 0 0.05 0.183 0.367 0.567 0.733 0.85 0.933 0.983 1 tE(t) 0 0 0.2 0.5 0.8 1 0.8 0.7 0.533 0.3 0 t2E(t) 0 b 0 0.4 1.5 3.2 4.8 4.9 4.267 2.7 0 /= 4.78 mill O； = 26.3-4.782 =3.46 4-9 何一反M器被用丁?杲一級(jí)反丿應(yīng)，対該反應(yīng)器進(jìn)行示蹤——應(yīng)答試驗(yàn)，右:進(jìn)I」出加入6函數(shù), 示蹤物在出口處響應(yīng)為: t/s 10 20 30 40 50 60 70 80 c(t) 0 3 5 5 4 2 1 0 W： 己知該反應(yīng)在全混釜中進(jìn)行時(shí)，在同樣[下，^ = 0.82,求本反應(yīng)器所能獲得的.％ ? t/s 10 20 30 40 50 60 70 80 c(t) 0 3 5 5 4 2 1 0 E(t) 0 0.015 0.025 0.025 0.02 0.01 0.005 0 tE(t) 0 0.3 0.75 1 1 0.6 035 0 t?E(t) 0 6 22.5 40 50 36 24.5 0 XA(t) 0. 6862 0. 9015 0.9691 0.9903 0.9969 0.9990 0.9997 0.9999 XAE(t) 0 0.0135 0.0242 0.0248 0.0199 0.01 0.005 0 q = 12[0 + 4x(3 + 5 + 2) + 2x(5 + 4 + l) + 0] = 200 - 10 t = y[0 + 4x (0.3 +1 + 0.6) + 2x (0.75 +1 + 0.35) + 0] = 39.3s CT； = —[0 + 4 x (6 + 40 + 36) + 2 x (22.5 + 50 + 24.5) + 0]-39.32 = 195.5 =195.5 八- C5q = = 0.127 393- 由CSTR的設(shè)計(jì)方程 從-?%) 所以 -01159/ www.khdaw com www.khdaw com 用不同反應(yīng)時(shí)間代入上式計(jì)算轉(zhuǎn)化率,并填入表格。 —10 x“ = —[0 + 4X (0.0135 + 0.0248 + 0.01) + 2x(0.0242 + 0.0199 + 0.005) + 0] = 0.971 4一6 —個(gè)封閉容器，已知流動(dòng)時(shí)測(cè)得尿/〃Z=0.2,若用串聯(lián)的全混流反應(yīng)器能表達(dá)此系統(tǒng), 則串聯(lián)釜應(yīng)為多少? 解: www.khdaw com www.khdaw com N= =——-——=3.12 3 0.3205 www.khdaw com 4-10脈沖示蹤測(cè)得反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間分布數(shù)據(jù)如題4?9。 進(jìn)有液液均相反應(yīng)A+B-?產(chǎn)物，己知% = 若此反應(yīng)在平推流反應(yīng)器中進(jìn)行，可 得轉(zhuǎn)化率為99%,求（1）用擴(kuò)散模型時(shí)，轉(zhuǎn)化率為多少？ （2）假定多級(jí)全混流模型可用， 求釜的數(shù)冃及所能達(dá)到的轉(zhuǎn)化率。 解：（1）4?9已接得b；=0.127,反應(yīng)器為閉式容器，則由 （1_尹）=0?127 由PFR中二級(jí)反應(yīng)的設(shè)計(jì)方程 0.99 1-0.99 d（lf） =99 由 = 99 , Pe/2=7?35,査圖 4?17,得1-廠=0?018 所以，擴(kuò)散模型計(jì)算的轉(zhuǎn)化率?匕=1-0.018 = 0.982 （2）多級(jí)全混流模型的參數(shù)^=-4： 6 1 = 一 7.87^8 0.127 由化"=99, N=8?査圖得，1-" 0.017 所以，多級(jí)全混流模型計(jì)算的轉(zhuǎn)化率^=1-0.017 = 0.983 www.khdaw com 第五章催化劑與催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué) www.khdaw com www.khdaw com 5-2 (1) B + o d ? B o Co (2) (3) A o i+B o 2 www.khdaw com www.khdaw com Ao +B > C+ o www.khdaw com www.khdaw com (4) 5一7 S" 2x0.52 350xl04xl.06 = 2.8xl0"7 cm www.khdaw com www.khdaw com 6.89xlO3 cm2/s 2 =9700/77 J/)"2 = 9700x2.8xlO7 x(773-rl20)1/2 = D= = 0.0066 cm2 1/N + 1/2 1/0.155 + 1/0.00689 www.khdaw com www.khdaw com 0.52x0.0066 = 1.14xl03 cm，/$ 第六章 定床反應(yīng)器 www.khdaw com G ti =— P 2 = 4.63 iii/s 1.5x3600 R^m = 3"0［4.63xl.5 J03 >1000 “(1 - 1.8 xlO"5 x(l- 0.45) dp"P a"］罟［|p宀 Ex 4 0.003 fl-0.45 k 0.453 xl.5x4.632 = 4.53xl0? Pa 6~2 1 hrlr = 0.227一 1 + 100 =0.227 x x . 0.42 1-1 1 + x 2x(1-0.42) 1 673 100 3 = 69?2W/m?K Z - 、3 0 www.khdaw com www.khdaw com 査圖6?15得 01 =0?17,0二=0.06 0.581 = 10.6 0.0546 www.khdaw com www.khdaw com 所以 0 = 02 +(01 - 血) ^|0 二=0?42x 1 + 2 b — 0.26 0.216 69.2x0.005 0.0546 =0.06 + (0.17-0.06) = 0.128 1-0.42 0.128 0.0546 www.khdaw com = 2.668 + 4.34 = 7.01 寧-晉=。小査圖“4得(^) = 041 dpi 0.005x2x1.5 = 114.5 13.1x10 巧 則 A/A= A/A + (p = 7.01 + 0.11x114.5x0.7 = 15.83 \ =15.83x0.0546 = 0.886 W/m K 1一％ 1 1 1 1 a) 1 t hrs^p 3 內(nèi)丿 A 盛= 0.7x(2 + 2 I 0.0546 69.2x0.005 1-0.7 1 + — X 1 69.2x0.005 3 + 0.105 0.0546 (2) 空= 10.6 査圖6?15得 如= 0.105 A www.khdaw com = 5.838 + 3.175 = 9.013 0.5 冏乙/廠孟以2/A_ 9.013 foi = 0.7f 7。 =戰(zhàn)dp + 1 A = A + 1 , 1 氐dpi* ct“PrRp 0.0396 1 38^0 0.041x0.7x114.5 28.3 www.khdaw com www.khdaw com = 2&3 x0.0546 三0.005 = 308.8 W/nr ? K (3) 由式6?33 2x0.886 仇(％/2)_ 308.8x0.1 _燈 q r, ? 件圖646得 = 5.2,①(5) = 0.27 www.khdaw com www.khdaw com 42Z 4x(乙/Z)(Z/Z)(/；l) V = = S PrRep 4x0.05x10x15.83 門…c、 0.7x114.5 = =0.395 > 0.2 www.khdaw com 701X892X0591 SI6x(ESPII00EDJTOIXS寸g I) do魚 g—3lvl ozn怒舉 001 =r,sVMI — H(56c.0AZ.0 + zd^^ II卜 Sv wo wom?tzHmu?IHn/=(gd) N €2(專?D H 9弋 S、WS6?Z9H (gxog6x二卜OH 2(幕二卜OH 啟P “s El卜 (s『0IDXT0Ixg9E?I ES寸IX TOIX IZZ.6IX TOIX g 寸IIX g卜.0 V3—IX d宣去j今