已知在Fe-Mg催化剂上水煤气变换反应的正反应动力学方程为:
式中yCO和yCO2为一氧化碳及二氧化碳的瞬间摩尔分率,压力及700K时反应速率常数kW等于。如催化剂的比表面积为30m2/g,堆密度为cm3,试计算: (1) (1) 以反应体积为基准的速率常数kV。 (2) (2) 以反应相界面积为基准的速率常数kg。 (3) (3) 以分压表示反应物系组成时的速率常数kg。 (4) (4) 以摩尔浓度表示反应物系组成时的速率常数kC。 解:利用()式及()式可求得问题的解。注意题中所给比表面的单位换算成m2/m3。
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l,故可把反应速率式简化,得
由()式可知
代入速率方程式
化简整理得
积分得
解得XA=%。
氨合成塔入口的气体组成为%NH3,%N2,%H2,%Ar及。该塔是在30MPa压力下操作。已知催化剂床层中某处的温度为490℃,反应气体中氨含量为10%(mol),试计算该处的反应速率。在Fe催化剂上氨合成反应速率式为:
逆反应的活化能。450℃时,且,490℃时,Kp可按下式计算:
注:m3为标准立方米。
解:题中给出450℃时的k2值,而反应是在490℃下,故首先要求出490℃时的k2值。
利用()试,求出频率因子A:
490℃的Kp值由题给公式计算出 求k1值:
求各组分的分压值:
各组分的分率及分压值为 NH3 N2 H2 10% pNH3=3MPa % % pN2= pH2= pAr+ CH4= Ar+ CH4 % 反应速率为:
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 图
(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。
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。
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: 以100mol为基准
x SO2 O2 SO3 N2 ∑ 0 0 7= ×=
(2)求与上述组成对应的平衡常数KP值:
(3)求平衡温度Te
(4)利用()式求逆反应活化能值
(5)利用()式求最佳温度TOP
在一恒容反应器中进行下列液相反应:
式中rR,rD分别表示产物R及D的生成速率。反应用的原料为A与B的混合物,其中A的浓度为2kmol/m3,试计算A的转化率达到95%时所需的反应时间。
解:反应物A的消耗速率应为两反应速率之和,即
利用()式
积分之
在催化剂上进行三甲基苯的氢解反应:
反应器进口原料气组成为%H2,%三甲基苯。在及523K下等温反应,当反应器出口三甲基苯的转化率为80%时,其混合气体的氢含量为20%,试求: (1) (1) 此时反应器出口的气体组成。 (2) (2) 若这两个反应的动力学方程分别为:
则出口处二甲基苯的生成速率是多少?
解:以100mol为计算基准,设X为三甲基苯的转化率,Y为生成的甲苯摩尔数。 (1) (1) 用物料衡算求出口气体组成: 组分名称 三甲基苯(A) 氢(B) 二甲基苯(C) 甲烷(D) 甲基苯(E) ∑ X=0时 0 0 0 X=时 (1-X) +Y Y 由题给条件可知,混合气中氢的含量为20%,所以有: 解得Y=(甲苯量)
生成的二甲基苯量:×生成的甲烷量:×+= 剩余的三甲基苯量:×()= 氢气含量为:20kmol
故出口尾气组成为:三甲基苯%,氢气20%,二甲基苯%,甲烷%,甲基苯%。 (2) (2) 由题给条件可知,三甲基苯的出口浓度为:
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,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()式可求得总摩尔数的变化。
由于反应物是纯A,故有:yA0=1。 由()式可求得组分的瞬间浓度: 乙醇的生成速率为:
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