化学反应工程习题答案 - 图文

rA?kCACB?2?3.609?10?4?4.331?10?5?3.126?10?6mol/l.sRC?rC?3.126?10?6mol/l.s2.13在473K等温及常压下进行气相反应:

(1)A?3R rR?1.2CAmol/l?min (2)A?2S rS?0.5CAmol/l?min

(3)A?T rT?2.1CAmol/l?min

式中CA为反应物A的浓度(mol/l),原料中A和惰性气体各为一半(体积比),试求当A的转化率达85%时,其转化速率是多少? 解:方法(1),先求出总摩尔变化数?A。

首先将产物的生成速率变为对应的反应物的转化速率:

1rAR?rR?0.4CA31rAS?rS?0.25CA2rAT?rT?2.1CA

总反应速率为:

以一摩尔反应物A为基准,总摩尔变化数为:

RA?rAR?rAS?rAT?2.75CA

?A?初始浓度为:

0.40.252.1?3??2??1?0.3822.752.752.75

P0yA00.1013?0.5?2??1.288?10mol/l?3RT8.314?10?473

CA0?则有

CA0(1?XA)1.288?10?2?0.15CA???1.6625?10?3mol/l1??AyA0XA1?0.5?0.38?0.85方法(2),可将CA表示为:

RA?2.75CA?2.75?1.6625?10?3?4.572?10?3mol/l.min CA0(1?XA)CA?1?yA0??AjXAj?AR??AS?AT3?1?212?1??11?0

方法(3),利用物料衡算可分别求出反应物A生成R及S的瞬间选择性SR,SS,因而可求出产物R及S的收率yR,yS,求得A转化率为85%时的分率:

0.40.25?0.85?1??0.85?0.32452.752.751.288?10?2?0.15CA??1.6623?10?3mol/l1?0.3245?0.5RA?2.75CA?2.75?1.6623?10?3?4.571?10?3mol/l.min

??AjXAj?2?yA?yA0(1?yR?yS?yT)?0.064531?2yA0yR?yA0ySCA?2CAOyA?1.288?10?2?0.06453?2?1.6623?10?3mol/lRA?2.75CA?2.75?1.6623?10?3?4.571?10?3mol/l.min其中:

SR?0.4CA0.4?(0.4?0.25?2.1)CA2.750.25CA0.25SS??(0.4?0.25?2.1)CA2.750.4?0.85?0.12362.750.25yS??0.85?0.077272.75yR?

2.14在Pt催化剂上进行异丙苯分解反应:

以A,B及R分别表示异丙苯,苯及丙烯,反应步骤如下:

(1)A???A? (2)A??B??R

(3)B??B??

若表面反应为速率控制步骤,试推导异丙苯分解的速率方程。

解:根据速率控制步骤及定态近似原理,除表面反应外,其它两步达到平衡,描述如下:

C6H5CH(CH3)2?C6H6?C3H6

A???A?A??B??RKA?pA?VB??B????rA?k?A?kpR?B

?A?rA?k?A?kpR?B

p?KB?BV?B?KBpB?V??A?KApA?V?B以表面反应速率方程来代表整个反应的速率方程:

由于?A??B??V?1 将?A,?B代入上式得:

KApA?V?KBpB?V??V?1

整理得:

1?KApA?KBpB

将?A,?B,?V代入速率方程中

??kKApAkpRKBpBk(pA?pBpR)/KPrA???

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