1、1 緒 論 1.1 在銀催化劑上進行甲醇氧化為甲醛的反應： 1.1 在銀催化劑上進行甲醇氧化為甲醛的反應： 3222ch oho2hcho2h o 32222ch oh3o2co4h o 進入反應器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2：4：1.3（摩爾比） ，反應后甲醇的轉化率達 72%，甲醛的收率為 69.2%。試計算 （1） （1） 進入反應器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2：4：1.3（摩爾比） ，反應后甲醇的轉化率達 72%，甲醛的收率為 69.2%。試計算 （1） （1） 反應的選擇性； （2） （2）反應的選擇性； （2） （2） 反應器出口氣體的組成。 解： （1）由（1.7）式

2、得反應的選擇性為： 反應器出口氣體的組成。 解： （1）由（1.7）式得反應的選擇性為： 0.629ys0.961196.11%x0.720 （2）進入反應器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2：4：1.3（摩爾比） ，當進入反應器的總原料量為 100mol 時，則反應器的進料組成為 組分 摩爾分率 y （2）進入反應器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2：4：1.3（摩爾比） ，當進入反應器的總原料量為 100mol 時，則反應器的進料組成為 組分 摩爾分率 yi0 i0 摩爾數 n摩爾數 ni0i0(mol) (mol) chch3 3oh 2/（2+4+1.3）=0.2740 27.40 o

3、h 2/（2+4+1.3）=0.2740 27.40 空氣 4/（2+4+1.3）=0.5479 54.79 空氣 4/（2+4+1.3）=0.5479 54.79 水 1.3/（2+4+1.3）=0.178117.81 水 1.3/（2+4+1.3）=0.178117.81 總計 1.000 100.0 總計 1.000 100.0 設甲醇的轉化率為 x設甲醇的轉化率為 xa a，甲醛的收率為 y，甲醛的收率為 yp p，根據（1.3）和（1.5）式可得反應器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩爾數 n，根據（1.3）和（1.5）式可得反應器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩爾數 na a、n、np p和

4、 n和 nc c分別為： 分別為： na=na0(1-xa)=7.672 mol np=na0yp=18.96 mol nc=na0(xa-yp)=0.7672 mol 結合上述反應的化學計量式，水（n 結合上述反應的化學計量式，水（nw w） 、氧氣（n） 、氧氣（no o）和氮氣（n）和氮氣（nn n）的摩爾數分別為： ）的摩爾數分別為： nw=nw0+np+2nc=38.30 mol no=no0-1/2np-3/2nc=0.8788 mol nn=nn0=43.28 mol 所以，反應器出口氣體組成為： 組分 摩爾數（mol）摩爾分率%所以，反應器出口氣體組成為： 組分 摩爾數（mol

5、）摩爾分率%chch3 3oh 7.672 6.983 oh 7.672 6.983 hcho 18.96 17.26 hcho 18.96 17.26 h h2 2o 38.3 34.87 o 38.3 34.87 coco2 2 0.7672 0.6983 0.7672 0.6983 o o2 2 0.8788 0.7999 0.8788 0.7999 n n2 2 43.28 39.39 43.28 39.39 1. 1. 1.1. 2 工業上采用銅鋅鋁催化劑由一氧化碳和氫合成甲醇，其主副反應如下： 2 工業上采用銅鋅鋁催化劑由一氧化碳和氫合成甲醇，其主副反應如下： 23co2hch o

6、h 23 222co4h(ch ) oh o 242co3hchh o 24924co8hc h oh3h o 222coh ocoh 由于化學平衡的限制，反應過程中一氧化碳不可能全部轉化成甲醇，為了提高原料的利用率，生產上采用循環操作，即將反應后的氣體冷卻，可凝組份變為液體即為粗甲醇，不凝組份如氫氣及一氧化碳等部分放空，大部分經循環壓縮機后與原料氣混合返回合成塔中。下圖是生產流程示意圖 由于化學平衡的限制，反應過程中一氧化碳不可能全部轉化成甲醇，為了提高原料的利用率，生產上采用循環操作，即將反應后的氣體冷卻，可凝組份變為液體即為粗甲醇，不凝組份如氫氣及一氧化碳等部分放空，大部分經循環壓縮機后

7、與原料氣混合返回合成塔中。下圖是生產流程示意圖 原料氣原料氣 bkg/h 粗甲醇bkg/h 粗甲醇 akmol/h akmol/h 循環壓縮循環壓縮 合成合成 冷凝分離冷凝分離 100kmol100kmol 放空氣體放空氣體 原料氣和冷凝分離后的氣體組成如下： （mol） 組分 原料氣冷凝分離后的氣體co 26.8215.49 h原料氣和冷凝分離后的氣體組成如下： （mol） 組分 原料氣冷凝分離后的氣體co 26.8215.49 h2 2 68.2569.78 co 68.2569.78 co2 2 1.46 0.82 ch 1.46 0.82 ch4 4 0.55 3.62 n 0.55

8、3.62 n2 2 2.92 10.29 粗甲醇的組成為 ch 2.92 10.29 粗甲醇的組成為 ch3 3oh 89.15%,(choh 89.15%,(ch3 3) )2 2o 3.55%,co 3.55%,c3 3h h9 9oh 1.10%,hoh 1.10%,h2 2o 6.20%,均為重量百分率。在操作壓力及溫度下，其余組分均為不凝組分，但在冷凝冷卻過程中可部分溶解于粗甲醇中，對 1kg 粗甲醇而言，其溶解量為 coo 6.20%,均為重量百分率。在操作壓力及溫度下，其余組分均為不凝組分，但在冷凝冷卻過程中可部分溶解于粗甲醇中，對 1kg 粗甲醇而言，其溶解量為 co2 2 9

9、.82g,co 9.38g,h 9.82g,co 9.38g,h2 2 1.76g,ch 1.76g,ch4 4 2.14g,n 2.14g,n2 25.38g。若循環氣與原料氣之比為 7.2（摩爾比） ，試計算： （1） （1）5.38g。若循環氣與原料氣之比為 7.2（摩爾比） ，試計算： （1） （1） 一氧化碳的單程轉換率和全程轉化率； （2） （2）一氧化碳的單程轉換率和全程轉化率； （2） （2） 甲醇的單程收率和全程收率。 解： （1）設新鮮原料氣進料流量為 100kmol/h，則根據已知條件，計算進料原料氣組成以質量分率表示如下： 組分摩爾質量 y甲醇的單程收率和全程收率。 解

10、： （1）設新鮮原料氣進料流量為 100kmol/h，則根據已知條件，計算進料原料氣組成以質量分率表示如下： 組分摩爾質量 yi0i0(mol%)f(mol%)fi0i0(kmol/h)質量分率 x(kmol/h)質量分率 xi0i0% % co 28 26.82 26.82 72.05 co 28 26.82 26.82 72.05 h h2 2 2 68.25 68.25 13.1 2 68.25 68.25 13.1 coco2 2 44 1.46 1.46 6.164 44 1.46 1.46 6.164 chch4 4 16 0.55 0.55 0.8443 16 0.55 0.55

11、 0.8443 n n2 2 28 2.92 2.92 7.844 28 2.92 2.92 7.844 總計總計 100 100 100 100 100 100 其中 x其中 xi i=y=yi im mi i/y/yi im mi i。進料的平均摩爾質量 m。進料的平均摩爾質量 mm m=y=yi im mi i=10.42kg/kmol。 經冷凝分離后的氣體組成（亦即放空氣體的組成）如下： =10.42kg/kmol。 經冷凝分離后的氣體組成（亦即放空氣體的組成）如下： 組分 摩爾質量摩爾分率 y組分 摩爾質量摩爾分率 yi ico 28 15.49 co 28 15.49 h h2 2

12、 2 69.78 2 69.78 coco2 2 44 0.82 44 0.82 chch4 4 16 3.62 16 3.62 n n2 2 28 10.29 28 10.29 總計 總計 100 100 其中冷凝分離后氣體平均分子量為 其中冷凝分離后氣體平均分子量為 mm=yimi=9.554 又設放空氣體流量為 akmol/h， 粗甲醇的流量為 bkg/h。 對整個系統的 n又設放空氣體流量為 akmol/h， 粗甲醇的流量為 bkg/h。 對整個系統的 n2 2作衡算得： 5.38b/281000+0.1029a=2.92 (a) 對整個系統就所有物料作衡算得： 10010.42=b+

13、9.554a (b) 聯立（a） 、 （b）兩個方程，解之得 a=26.91kmol/h b=785.2kg/h 反應后產物中 co 摩爾流量為 f作衡算得： 5.38b/281000+0.1029a=2.92 (a) 對整個系統就所有物料作衡算得： 10010.42=b+9.554a (b) 聯立（a） 、 （b）兩個方程，解之得 a=26.91kmol/h b=785.2kg/h 反應后產物中 co 摩爾流量為 fcoco=0.1549a+9.38b/(281000) 將求得的 a、b 值代入得 f=0.1549a+9.38b/(281000) 將求得的 a、b 值代入得 fcoco=4.

14、431 kmol/h 故 co 的全程轉化率為 =4.431 kmol/h 故 co 的全程轉化率為 co,0cococo,0ff26.824.435x83.48%f26.82 由已知循環氣與新鮮氣之摩爾比，可得反應器出口處的 co 摩爾流量為 由已知循環氣與新鮮氣之摩爾比，可得反應器出口處的 co 摩爾流量為 fco,0=1000.2682+7.21000.1549=138.4 kmol/h 所以 co 的單程轉化率為 所以 co 的單程轉化率為 co,0cococo,0ff26.824.435x16.18%f138.4 產物粗甲醇所溶解的 co 產物粗甲醇所溶解的 co2 2、co、h、c

15、o、h2 2、ch、ch4 4和 n和 n2 2總量 d 為 總量 d 為 (9.829.381.762.145.38)bd0.02848bkmol/h1000 粗甲醇中甲醇的量為 (b-d)x 粗甲醇中甲醇的量為 (b-d)x甲甲/m/mm m=(785.2-0.02848b) 0.8915/32=21.25 kmol/h 所以，甲醇的全程收率為 y=(785.2-0.02848b) 0.8915/32=21.25 kmol/h 所以，甲醇的全程收率為 y總總=21.25/26.82=79.24% 甲醇的單程收率為 y=21.25/26.82=79.24% 甲醇的單程收率為 y單單=21.2

16、5/138.4=15.36% =21.25/138.4=15.36% 2 反應動力學基礎 2 反應動力學基礎 2.1 在一體積為 4l 的恒容反應器中進行 a 的水解反應，反應前 a 的含量為12.23%（重量） ，混合物的密度為 1g/ml，反應物 a 的分子量為 88。在等溫常壓下不斷取樣分析，測的組分 a 的濃度隨時間變化的數據如下： 反應時間（h）1.0 2.0 3.04.05.06.07.08.0 9.0 2.1 在一體積為 4l 的恒容反應器中進行 a 的水解反應，反應前 a 的含量為12.23%（重量） ，混合物的密度為 1g/ml，反應物 a 的分子量為 88。在等溫常壓下不斷

17、取樣分析，測的組分 a 的濃度隨時間變化的數據如下： 反應時間（h）1.0 2.0 3.04.05.06.07.08.0 9.0 c ca a(mol/l) 0.9 0.61 0.420.280.170.120.080.045 0.03(mol/l) 0.9 0.61 0.420.280.170.120.080.045 0.03試求反應時間為 3.5h 的 a 的水解速率。 解：利用反應時間與組分 a 的濃度變化數據，作出 c試求反應時間為 3.5h 的 a 的水解速率。 解：利用反應時間與組分 a 的濃度變化數據，作出 ca at 的關系曲線，用鏡面法求得 t=3.5h 時該點的切線，即為水

18、解速率。 切線的斜率為 t 的關系曲線，用鏡面法求得 t=3.5h 時該點的切線，即為水解速率。 切線的斜率為 0.760.125/ .6.1 mol l h 由（2.6）式可知反應物的水解速率為 由（2.6）式可知反應物的水解速率為 0.125/ .dcarmol l hadt 2.2 在一管式反應器中常壓 300等溫下進行甲烷化反應： 2.2 在一管式反應器中常壓 300等溫下進行甲烷化反應： 2423 cohchh o 催化劑體積為 10ml，原料氣中 co 的含量為 3%，其余為 n 催化劑體積為 10ml，原料氣中 co 的含量為 3%，其余為 n2 2,h,h2 2氣體，改變進口原

19、料氣流量 q氣體，改變進口原料氣流量 q0 0進行實驗，測得出口 co 的轉化率為： q進行實驗，測得出口 co 的轉化率為： q0 0(ml/min) 83.367.650.038.529.422.2 (ml/min) 83.367.650.038.529.422.2 x(%) 20 30 40 50 60 70 x(%) 20 30 40 50 60 70 試求當進口原料氣體流量為 50ml/min 時 co 的轉化速率。 解：是一個流動反應器，其反應速率式可用（2.7）式來表示 試求當進口原料氣體流量為 50ml/min 時 co 的轉化速率。 解：是一個流動反應器，其反應速率式可用（2

20、.7）式來表示 00000(1)(1) aaraaaaaaaadfrdvffxq cxdfq cdx 故反應速率可表示為： 故反應速率可表示為： 0000(/)aaaaarrdxdxrq ccdvd vq 用 x 用 xa avvr r/q/q0 0作圖，過 v作圖，過 vr r/q/q0 0=0.20min 的點作切線，即得該條件下的 dx=0.20min 的點作切線，即得該條件下的 dxa a/d(v/d(vr r/q/q0 0)值。 v)值。 vr r/q/q0 0min 0.120.1480.200.260.340.45 min 0.120.1480.200.260.340.45 x

21、xa a% 20.030.040.050.060.070.0 % 20.030.040.050.060.070.0 0.650.041.790.34 故 co 的轉化速率為 故 co 的轉化速率為 40030.10130.036.38 10/8.314 10573aapcmol lrt 43006.38 101.791.14 10/ .min(/)aaardxrcmol ld vq 2.3 已知在 fe-mg 催化劑上水煤氣變換反應的正反應動力學方程為： 2.3 已知在 fe-mg 催化劑上水煤氣變換反應的正反應動力學方程為： 20.850.4/ wcocork yykmol kg h 式中

22、y 式中 ycoco和 y和 yco2co2為一氧化碳及二氧化碳的瞬間摩爾分率， 0.1mpa 壓力及 700k 時反應速率常數 k為一氧化碳及二氧化碳的瞬間摩爾分率， 0.1mpa 壓力及 700k 時反應速率常數 kw w等于 0.0535kmol/kg.h。如催化劑的比表面積為 30m等于 0.0535kmol/kg.h。如催化劑的比表面積為 30m2 2/g，堆密度為1.13g/cm/g，堆密度為1.13g/cm3 3，試計算： （1） （1），試計算： （1） （1） 以反應體積為基準的速率常數 k以反應體積為基準的速率常數 kv v。 （2） （2）。 （2） （2） 以反應相界面

23、積為基準的速率常數 k以反應相界面積為基準的速率常數 kg g。 （3） （3）。 （3） （3） 以分壓表示反應物系組成時的速率常數 k以分壓表示反應物系組成時的速率常數 kg g。 （4） （4）。 （4） （4） 以摩爾濃度表示反應物系組成時的速率常數 k以摩爾濃度表示反應物系組成時的速率常數 kc c。 解：利用（2.10）式及（2.28）式可求得問題的解。注意題中所給比表面的單位換算成 m。 解：利用（2.10）式及（2.28）式可求得問題的解。注意題中所給比表面的單位換算成 m2 2/m/m3 3。 。 33230.450.45330.45(1)1.13 100.053560.46

24、/.6(2)1.78 10/.30 1011(3)()()0.05350.15080.1013. .()8.31 10700(4)()(0.05350.333(0.1） vbwbbgwwvbnpwncwkkkmol m hkkkkmol m hakmolkkpkg h mpamrtkkpkm0.45)().kmololkg h 2.4 在等溫下進行液相反應 a+bc+d，在該條件下的反應速率方程為： 2.4 在等溫下進行液相反應 a+bc+d，在該條件下的反應速率方程為： 1.50.50.8/minaabrccmol l 若將 a 和 b 的初始濃度均為 3mol/l 的原料混合進行反應，求反

25、應 4min 時 a 的轉化率。 解：由題中條件知是個等容反應過程，且 a 和 b 的初始濃度均相等，即為1.5mol/l，故可把反應速率式簡化，得 若將 a 和 b 的初始濃度均為 3mol/l 的原料混合進行反應，求反應 4min 時 a 的轉化率。 解：由題中條件知是個等容反應過程，且 a 和 b 的初始濃度均相等，即為1.5mol/l，故可把反應速率式簡化，得 1.50.522200.80.80.8(1)aabaaarccccx 由（2.6）式可知 由（2.6）式可知 00(1) aaaaaad cxdcdxrcdtdtdt 代入速率方程式 代入速率方程式 22000.8(1)aaaa

26、dxccxdt 化簡整理得 化簡整理得 00.8(1)aaadxcdtx 積分得 積分得 00.81aaaxctx 解得 x 解得 xa a=82.76%。 2.5 氨合成塔入口的氣體組成為=82.76%。 2.5 氨合成塔入口的氣體組成為 3.5%nh3,20.8%n2,62.6%h2,7.08%ar 及及5.89ch4。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，反應氣體中氨含量為 10%（mol） ，試計算該處的反應速率。在 fe 催化劑上氨合成反應速率式為： 。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，反應氣體中氨含量為 10%

27、（mol） ，試計算該處的反應速率。在 fe 催化劑上氨合成反應速率式為： 322321.531.512/ nhhnnhhpprk pkkmol mhpp 逆反應的活化能 逆反應的活化能417.58 10/ ej mol。450時。450時30.5322277()/kmmpamh，且，且212/ pkkk，490時，kp 可按下式計算： ，490時，kp 可按下式計算： 472log2047.8/2.4943log1.256 101.8564 103.206pktttt注：m注：m3 3為標準立方米。 解：題中給出 450時的 k為標準立方米。 解：題中給出 450時的 k2 2值，而反應是在

28、 490下，故首先要求出 490時的 k值，而反應是在 490下，故首先要求出 490時的 k2 2值。 利用（2.27）試，求出頻率因子 a: 值。 利用（2.27）試，求出頻率因子 a: 44217.58 10 /8.314 7231621617.58 10 /8.314 723430.532exp()exp()2277/1.145 10exp()1.145 101.055 10()/.ekarteakertekaemmpam hrt490的 kp 值由題給公式計算出 490的 kp 值由題給公式計算出 4722log2047.8/7632.4943log7631.256 107631.8

29、564 107633.2061.25245.592 10 ppkk求 k求 k1 1值： 值： 2211222 2431.531(5.592 10 )1.055 1033()/.ppkkkk kkkmmpam h 求各組分的分壓值： 求各組分的分壓值： 2233122nhnh 5716. 0.14160*(-2)*2087. 01.14160*2087. 0*3-626. 0 1y13yy1904. 0 .14160*(-2)*2087. 01)1416. 0-(12087. 0 1yyy1416. 05 . 6914.45*(-2)*2087. 01*2087. 0*211035. 010.

30、 01yyy22123211 %87.20py , 1yyy1000hh000aa00r0rr0000000）（，aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaiiaaaaaaiiiaaaaaaiiixyxxyxxxxxxyxypxyxxyxppp pyiip 各組分的分率及分壓值為 nh 各組分的分率及分壓值為 nh3 3 10% p 10% pnh3nh3=3mpa =3mpa n n2 2 19.06%p19.06%pn2n2=5.718mpa =5.718mpa h h2 2 57.18%p 57.18%ph2h2=17.15mpa =17.15mpa ar+ char+ ch4 413

31、.79%p13.79%par+ ch4ar+ ch4=4.137mpa=4.137mpa反應速率為： 反應速率為： 322321.51.541.5121.5333317.15333.05.7181.055 10317.154.023 10/. (179.6/. )nhhnnhhpprk pkppmm cat hkmol m cat h 2.6 下面是兩個反應的 t-x 圖，圖中 ab 是平衡曲線，np 是最佳溫度曲線，am是等溫線，hb 是等轉化率線。根據下面兩圖回答： 2.6 下面是兩個反應的 t-x 圖，圖中 ab 是平衡曲線，np 是最佳溫度曲線，am是等溫線，hb 是等轉化率線。根據下

32、面兩圖回答： （1） （1） （1） （1） 是可逆反應還是不可逆反應？ （2） （2）是可逆反應還是不可逆反應？ （2） （2） 是放熱反應還是吸熱反應？ （3） （3）是放熱反應還是吸熱反應？ （3） （3） 在等溫線上，a,d,o,e,m 點中哪一點速率最大，哪一點速率最小？ （4） （4）在等溫線上，a,d,o,e,m 點中哪一點速率最大，哪一點速率最小？ （4） （4） 在等轉化率線上，h,c,r,o,f 及 b 點中，哪一點速率最大，哪一點速率最小？ （5） （5）在等轉化率線上，h,c,r,o,f 及 b 點中，哪一點速率最大，哪一點速率最小？ （5） （5） 在 c,r 兩點中

33、，誰的速率大？ （6） （6）在 c,r 兩點中，誰的速率大？ （6） （6） 根據圖中所給的十點中，判斷哪一點速率最大？ 解： 圖 2.1 圖 2.2 （1）可逆反應 可逆反應 （2）放熱反應 吸熱反應 (3)m 點速率最大，a 點速率最小 m 點速率最大，a 點速率最小 (4)o 點速率最大，b 點速率最小 h 點速率最大，b 點速率最小 (5)r 點速率大于 c 點速率 c 點速率大于 r 點速率 (6)m 點速率最大 根據等速線的走向來判斷 h,m 點的速率大小。 根據圖中所給的十點中，判斷哪一點速率最大？ 解： 圖 2.1 圖 2.2 （1）可逆反應 可逆反應 （2）放熱反應 吸熱反

34、應 (3)m 點速率最大，a 點速率最小 m 點速率最大，a 點速率最小 (4)o 點速率最大，b 點速率最小 h 點速率最大，b 點速率最小 (5)r 點速率大于 c 點速率 c 點速率大于 r 點速率 (6)m 點速率最大 根據等速線的走向來判斷 h,m 點的速率大小。 2.7 在進行一氧化碳變換反應動力學研究中，采用 b106 催化劑進行試驗，測得正反應活化能為2.7 在進行一氧化碳變換反應動力學研究中，采用 b106 催化劑進行試驗，測得正反應活化能為49.629 10/ j mol,如果不考慮逆反應，試問反應溫度是 550時的速率比反應溫度是 400時的速率大多少倍？ 解：從題中可知

35、，反應條件除了溫度不同外，其它條件都相同，而溫度的影響表現在反應速率常數 k 上，故可用反應速率常數之比來描述反應速率之比。 ,如果不考慮逆反應，試問反應溫度是 550時的速率比反應溫度是 400時的速率大多少倍？ 解：從題中可知，反應條件除了溫度不同外，其它條件都相同，而溫度的影響表現在反應速率常數 k 上，故可用反應速率常數之比來描述反應速率之比。 400550119629011()()5505505508.314 673 823400400400exp()23exp()（倍）（倍）er ttearkrteerkeart 2.8 常壓下，在釩催化劑上進行 so 2.8 常壓下，在釩催化劑上

36、進行 so2 2氧化反應，原料氣組成為 7%o氧化反應，原料氣組成為 7%o2 2及 82%n及 82%n2 2。試計算轉化率為 80%時的最佳溫度。 二氧化硫在釩催化劑上氧化的正反應活化能為。試計算轉化率為 80%時的最佳溫度。 二氧化硫在釩催化劑上氧化的正反應活化能為49.211 10/ j mol，化學計量數等于 2，反應式為： ，化學計量數等于 2，反應式為： 22312sooso 其平衡常數與溫度的關系為： 其平衡常數與溫度的關系為： log4905.5/4.6455 pekt 該反應的熱效應 該反應的熱效應49.629 10/rhj mol。 解： （1）求出轉化率為 80%時各組

37、分的分壓： 以 100mol 為基準 x so。 解： （1）求出轉化率為 80%時各組分的分壓： 以 100mol 為基準 x so2 2 o o2 2 soso3 3 n n2 2 0 7.0 11.0 0 82.0100.0 0 7.0 11.0 0 82.0100.0 0.80 7(1-0.80)=1.411-5.60.5=8.25.6082.097.2 0.80 7(1-0.80)=1.411-5.60.5=8.25.6082.097.2 2222332233320.1013 1.4/97.21.46 10 ()0.10138.2/97.28.55 10 ()0.10135.6/97

38、.25.84 10 ()0.101382/97.28.55 10 ()sosooososonnppympappympappympappympa （2）求與上述組成對應的平衡常數 k （2）求與上述組成對應的平衡常數 kp p值： 值： 32230.50.5335.84 1043.261.46 108.55 10sopsoopkpp (3)求平衡溫度 te (3)求平衡溫度 te log4905.5/4.64554905.5780.96.282peekttk (4)利用（2.31）式求逆反應活化能 (4)利用（2.31）式求逆反應活化能e值 值 4459.629 109.211 101.403

39、10/2 rrheej mol (5)利用（2.31）式求最佳溫度 t (5)利用（2.31）式求最佳溫度 topop 4780.9739.0048.314780.914.031ln1ln9.211(14.039.211) 10eopettkrteeee 2.9 在一恒容反應器中進行下列液相反應： 2.9 在一恒容反應器中進行下列液相反應： abr 31.6/ rarc kmol mh 2ad 238.2/ darc kmol mh 式中 r 式中 rr r,r,rd d分別表示產物 r 及 d 的生成速率。反應用的原料為 a 與 b 的混合物，其中 a 的濃度為 2kmol/m分別表示產物

40、r 及 d 的生成速率。反應用的原料為 a 與 b 的混合物，其中 a 的濃度為 2kmol/m3 3，試計算 a 的轉化率達到 95%時所需的反應時間。 解：反應物 a 的消耗速率應為兩反應速率之和，即 ，試計算 a 的轉化率達到 95%時所需的反應時間。 解：反應物 a 的消耗速率應為兩反應速率之和，即 221.616.41.6(110.25)ardaaaarrrcccc 利用（2.6）式 利用（2.6）式 1.6(110.25)aaadcccdt 積分之 積分之 0001(1)10.2510.2511.6()ln(1)ln10.2511110.250.6463/1.60.4038 aaa

41、caaacaaaxctdcxcccth 2.10 在催化劑上進行三甲基苯的氫解反應： 2.10 在催化劑上進行三甲基苯的氫解反應： 633 32643 24()） c hchhc hchch 643 226534(） c hchhc h chch 反應器進口原料氣組成為 66.67%h 反應器進口原料氣組成為 66.67%h2 2,33.33%三甲基苯。 在 0.1mpa 及 523k 下等溫反應， 當反應器出口三甲基苯的轉化率為 80%時， 其混合氣體的氫含量為 20%， 試求： （1） （1）,33.33%三甲基苯。 在 0.1mpa 及 523k 下等溫反應， 當反應器出口三甲基苯的轉化

42、率為 80%時， 其混合氣體的氫含量為 20%， 試求： （1） （1） 此時反應器出口的氣體組成。 （2） （2）此時反應器出口的氣體組成。 （2） （2） 若這兩個反應的動力學方程分別為： 若這兩個反應的動力學方程分別為： 0.536300/aabrc ckmol mh 0.533400/ecbrc ckmol mh 則出口處二甲基苯的生成速率是多少？ 解：以 100mol 為計算基準，設 x 為三甲基苯的轉化率，y 為生成的甲苯摩爾數。 （1） （1） 則出口處二甲基苯的生成速率是多少？ 解：以 100mol 為計算基準，設 x 為三甲基苯的轉化率，y 為生成的甲苯摩爾數。 （1） （1

43、） 用物料衡算求出口氣體組成： 組分名稱 x=0 時x=0.8 時 用物料衡算求出口氣體組成： 組分名稱 x=0 時x=0.8 時 三甲基苯(a)33.3333.33（1-x） 三甲基苯(a)33.3333.33（1-x） 氫（b） 66.6766.67-33.33x-y氫（b） 66.6766.67-33.33x-y二甲基苯(c)0 33.33x-y 二甲基苯(c)0 33.33x-y 甲烷(d) 0 33.33x+y 甲烷(d) 0 33.33x+y 甲基苯（e）0 y 甲基苯（e）0 y 100.0100.0 100.0100.0 由題給條件可知，混合氣中氫的含量為 20%，所以有： 6

44、6.67-33.33x-y=20 解得 y=66.67-33.330.8-20=20.01kmol（甲苯量） 生成的二甲基苯量：33.330.8-20.01=6.654kmol 生成的甲烷量：33.330.8+20.01=46.67kmol 剩余的三甲基苯量：33.33（1-0.8）=6.666kmol 氫氣含量為：20kmol 故出口尾氣組成為：三甲基苯 6.666%，氫氣 20%，二甲基苯 6.654%，甲烷 46.67%，甲基苯 20.01%。 由題給條件可知，混合氣中氫的含量為 20%，所以有： 66.67-33.33x-y=20 解得 y=66.67-33.330.8-20=20.0

45、1kmol（甲苯量） 生成的二甲基苯量：33.330.8-20.01=6.654kmol 生成的甲烷量：33.330.8+20.01=46.67kmol 剩余的三甲基苯量：33.33（1-0.8）=6.666kmol 氫氣含量為：20kmol 故出口尾氣組成為：三甲基苯 6.666%，氫氣 20%，二甲基苯 6.654%，甲烷 46.67%，甲基苯 20.01%。 （2） （2）（2） （2） 由題給條件可知，三甲基苯的出口濃度為： 由題給條件可知，三甲基苯的出口濃度為： 3300333300.1 0.33337.669 10/8.314 10523(10.8)7.669 10 (10.8)1

46、.534 10/aaaapckmol mrtcckmol m 3333333333330.201.534 104.6 10/0.066660.066541.534 101.532 10/0.066660.46671.534 101.074 10/0.066660.20011.534 104.603 10/0.06666bcdeckmol mckmol mckmol mckmol m 0.50.533 0.533 0.53630034006300 1.534 10(4.6 10 )3400 1.532 10(4.6 10 )0.65550.35330.3022/.caeabcbrrrc cc c

47、kmol m h 2.11 在 210等溫下進行亞硝酸乙脂的氣相分解反應： 2.11 在 210等溫下進行亞硝酸乙脂的氣相分解反應： 2523251122c h nonoch choc h oh 該反應為一級不可逆反應，反應速率常數與溫度的關系為 該反應為一級不可逆反應，反應速率常數與溫度的關系為 14411.39 10 exp( 1.897 10 /)() kts，若反應是在恒容下進行，系統的起始總壓為 0.1013mpa， 采用的是純亞硝酸乙脂， 試計算亞硝酸乙脂分解率為 80%時，亞硝酸乙脂的分解速率及乙醇的生成速率。 若采用恒壓反應，乙醇的生成速率又是多少？ 解： （1）恒容過程，其反

48、應式可表示為： ，若反應是在恒容下進行，系統的起始總壓為 0.1013mpa， 采用的是純亞硝酸乙脂， 試計算亞硝酸乙脂分解率為 80%時，亞硝酸乙脂的分解速率及乙醇的生成速率。 若采用恒壓反應，乙醇的生成速率又是多少？ 解： （1）恒容過程，其反應式可表示為： 1122abcd 反應速率式表示為： 反應速率式表示為： 0(1)aaaarkckcx 設為理想氣體，反應物 a 的初始濃度為： 設為理想氣體，反應物 a 的初始濃度為： 2003140014260.10132.523 10/8.314 10483(1)1.39 10 exp( 18973/)(1)1.39 10 exp( 18973

49、/483)2.523 10(100.8)6.112 10/ .aaaaaaapycmol lrtrkcxtcxmol l s 亞硝酸乙脂的分解速率為： 亞硝酸乙脂的分解速率為： 66.112 10/ . aarrmol l s 乙醇的生成速率為： 乙醇的生成速率為： 613.056 10/ .2 darrmol l s （2）恒壓過程，由于反應前后摩爾數有變化，是個變容過程，由（2.49）式可求得總摩爾數的變化。 （2）恒壓過程，由于反應前后摩爾數有變化，是個變容過程，由（2.49）式可求得總摩爾數的變化。 10.50.51/11 ata 由于反應物是純 a，故有：y 由于反應物是純 a，故有

50、：ya0a0=1。 由（2.52）式可求得組分的瞬間濃度： =1。 由（2.52）式可求得組分的瞬間濃度： 22001426(1)2.523 10 (10.8)2.803 10/111 1 0.81.39 10 exp( 18973/483)2.803 103.395 10/ . aaaaaaaacxcmol lyxrkcmol l s乙醇的生成速率為： 乙醇的生成速率為： 611.698 10/ .2 darrmol l s 2.12 甲烷與水蒸氣在鎳催化劑及 750等溫下的轉化反應為： 2.12 甲烷與水蒸氣在鎳催化劑及 750等溫下的轉化反應為： 422224 chh ocoh 原料氣中

51、甲烷與水蒸氣的摩爾比為 1：4，若這個反應對各反應物均為一級，已知k=2l/mol.s,試求： （1） （1） 原料氣中甲烷與水蒸氣的摩爾比為 1：4，若這個反應對各反應物均為一級，已知k=2l/mol.s,試求： （1） （1） 反應在恒容下進行，系統的初始總壓為 0.1013mpa，當反應器出口的 ch反應在恒容下進行，系統的初始總壓為 0.1013mpa，當反應器出口的 ch4 4轉化率為 80%時，co轉化率為 80%時，co2 2和 h和 h2 2的生成速率是多少？ （2） （2）的生成速率是多少？ （2） （2） 反應在恒壓下進行，其他條件如（1） ，co反應在恒壓下進行，其他條件

52、如（1） ，co2 2的生成速率又是多少？ 解： （1）由題意可將反應速率表示為： 的生成速率又是多少？ 解： （1）由題意可將反應速率表示為： 24cababcdrkc c 對于恒容過程，則有 對于恒容過程，則有 00030033300(1)20.10130.22.382 10/8.314 101023442.382 109.528 10/aaabbaaaabaccxcccxpcmol lrtccmol l 當 x 當 xa0a0=0.8 時 =0.8 時 3403330043665(1)2.382 100.24.764 10/29.528 1022.382 100.85.717 10/24

53、.764 105.717 105.447 10/ .445.447 102.179 10/ .aaabbaaccabdcccxmol lcccxmol lrrkc cmol l srrmol l s （2）對于恒壓過程，是個變容反應過程，由（2.49）式可求得總摩爾數的變化 （2）對于恒壓過程，是個變容反應過程，由（2.49）式可求得總摩爾數的變化 1412/21 ata 反應物 a 的原始分率： 反應物 a 的原始分率： 010.214ay 由（2.52）式可求得轉化率為 80%時的濃度： 由（2.52）式可求得轉化率為 80%時的濃度： 3400(1)2.382 10 (10.8)3.60

54、9 10/1120.20.8 aaaaaacxcmol lyx 33500029.528 1022.382 100.84.331 10/1120.20.8 baabaaaccxcmol lyx456623.609 104.331 103.126 10/ .3.126 10/ .aabccrkc cmol l srrmol l s 2.13 在 473k 等溫及常壓下進行氣相反應： （1） 2.13 在 473k 等溫及常壓下進行氣相反應： （1）3ar 1.2/min rarc mol l （2） （2）2as 0.5/min sarc mol l （3）（3）at 2.1/min tarc

55、mol l 式中 c 式中 ca a為反應物 a 的濃度（mol/l） ，原料中 a 和惰性氣體各為一半（體積比） ，試求當 a 的轉化率達 85%時，其轉化速率是多少？ 解：方法（1） ，先求出總摩爾變化數為反應物 a 的濃度（mol/l） ，原料中 a 和惰性氣體各為一半（體積比） ，試求當 a 的轉化率達 85%時，其轉化速率是多少？ 解：方法（1） ，先求出總摩爾變化數 a。 首先將產物的生成速率變為對應的反應物的轉化速率： 。 首先將產物的生成速率變為對應的反應物的轉化速率： 10.4310.2522.1arraassaattarrcrrcrrc 總反應速率為： 總反應速率為： 2.

56、75aarasatarrrrc 以一摩爾反應物 a 為基準，總摩爾變化數為： 以一摩爾反應物 a 為基準，總摩爾變化數為： 0.40.252.13210.3822.752.752.75 a 初始濃度為： 初始濃度為： 200030.10130.51.288 10/8.314 10473 aap ycmol lrt 則有 則有 230033(1)1.288 100.151.6625 10/110.50.380.852.752.75 1.6625 104.572 10/ .min aaaaaaaacxcmol lyxrcmol l 方法（2） ，可將 c 方法（2） ，可將 ca a表示為： 表示

57、為： 00(1)1312121110 aaaaajajarasatcxcyx 23330.40.2520.8510.850.32452.752.751.288 100.151.6623 10/10.32450.52.752.75 1.6623 104.571 10/ .min ajajaaaxcmol lrcmol l 方法 （3） ， 利用物料衡算可分別求出反應物 a 生成 r 及 s 的瞬間選擇性 s 方法 （3） ， 利用物料衡算可分別求出反應物 a 生成 r 及 s 的瞬間選擇性 sr r,s,ss s,因而可求出產物 r 及 s 的收率 y,因而可求出產物 r 及 s 的收率 yr

58、r,y,ys s,求得 a 轉化率為 85%時的分率： ,求得 a 轉化率為 85%時的分率： 0002333(1)0.064531221.288 100.0645321.6623 10/2.752.75 1.6623 104.571 10/ .minarstaarasaaoaaayyyyyyyyyccymol lrcmol l 其中： 其中： 0.40.4(0.40.252.1)2.750.250.25(0.40.252.1)2.750.40.850.12362.750.250.850.077272.75araasarscsccscyy 2.14 在 pt 催化劑上進行異丙苯分解反應： 2.

59、14 在 pt 催化劑上進行異丙苯分解反應： 653 26636(） c h ch chc hc h 以 a,b 及 r 分別表示異丙苯，苯及丙烯，反應步驟如下： （1） 以 a,b 及 r 分別表示異丙苯，苯及丙烯，反應步驟如下： （1） aa （2） （2） abr （3） （3） bb 若表面反應為速率控制步驟，試推導異丙苯分解的速率方程。 解：根據速率控制步驟及定態近似原理，除表面反應外，其它兩步達到平衡，描述如下： 若表面反應為速率控制步驟，試推導異丙苯分解的速率方程。 解：根據速率控制步驟及定態近似原理，除表面反應外，其它兩步達到平衡，描述如下： a vaaaa vapaakk p

60、 aarbabrrkkp b vbbbbvbpbbkk p 以表面反應速率方程來代表整個反應的速率方程： 以表面反應速率方程來代表整個反應的速率方程： aarbrkkp 由于 由于1 abv 將 將, ab代入上式得： 代入上式得： 1 aa vbbvvk pk p 整理得： 整理得： 11 vaabbk pk p 將 將, abv代入速率方程中 代入速率方程中 ()/111aarbbabrpaaabbaabbaabbkk pkp k pk pp pkrk pk pk pk pk pk p 其中 其中 /apabkkkkkkkk 2.15 在銀催化劑上進行乙烯氧化反應： 2.15 在銀催化劑上