信阳师范大学：《化学反应工程基本原理》课程教学资源（PPT课件）第二章作业解答

21银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应 2CH3OH+(O2一→2HCHO+2H2(O 2CH30H+30h→2C()2+4H20 进人反应器的原料中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），反应后甲醇转化率达72%，甲醛的收 率为69.2%。试计算：(1)反应的选择率：(2)出口反应气体的组成。 假设甲醇量为2a,空气量为4a,水蒸汽量为1.3a,则空气中 氧气量为4a×21%=0.84a,氮气量为4a×78%=3.12a。 根据题意：生成甲醛的量为2a×69.2%=1.384a,反应消耗掉甲醇 的量为2a×72%=1.44a,剩余甲醇的量为2a-1.44a=0.56a。剩 余氧气的量为0.84a·1.384a/2-（1.44a· 1.384a ×3/2=0.064a,剩余水蒸汽量为1.3a+1.384a+（ 1.44a 1.384a)×2=2.796a。 则甲醇：甲醛：氧气：氮气：水蒸汽=0.56：1.384：0.064 3.12：2.796

假设甲醇量为2a，空气量为4a，水蒸汽量为1.3a，则空气中 氧气量为4a × 21%=0.84a，氮气量为4a × 78%=3.12a。 根据题意：生成甲醛的量为2a×69.2％＝1.384a,反应消耗掉甲醇 的量为2a×72％＝1.44a，剩余甲醇的量为2a－1.44a＝0.56a。剩 余氧气的量为 0.84a － 1.384a/2 － （ 1.44a － 1.384a ） ×3/2=0.064a，剩余水蒸汽量为1.3a＋ 1.384a＋ （1.44a － 1.384a ）×2＝2.796a。 则甲醇：甲醛：氧气：氮气：水蒸汽＝0.56 ： 1.384 ：0.064 ： 3.12 ：2.796

·2、丁烯在某催化剂上制丁二烯的总反应为： C4H8→C4H6+H2 ·假设反应按照如下步骤进 C4H8+0→(C4Hg) (C4Hg)台(C4H6)+H2 (C4H6)台C4H6+0 (1)分别写出1、3为速率控制步骤的均匀吸附动力学方 程； （2)写出2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？

 2、丁烯在某催化剂上制丁二烯的总反应为：   假设反应按照如下步骤进行  （1）分别写出1、3为速率控制步骤的均匀吸附动力学方 程；  （2）写出2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？ C H C H H 4 8 4 6 2 → + 4 8 4 8 4 8 4 6 2 4 6 4 6 () ( ) ( ) ( ) ( ) () C H C H C H C H H C H C H +   +  +

令C4H为A,C4H为B,H为C (1)若(A)为速率控制步骤 则r=kapO-kBa 1 0=1+bP+boPs ka卫4 bPi r1+b,P+,R1+b,2+b, 由化学平衡关系K。→P-且k,b=k P Kp PaPc) 令k=k,则r= k(PA-Kp PaPc+bgPs 1+ba Kp (P。=PB)

* a a * * * * * * * a * * a 4 8 4 6 2 1 ( ) k , k 1 1 k 1 1 r k 1 (A , , B B P B C A P B C A d A P B C A A B C P A A B B A A d A A B B A A A B B v A V d A b P K P P b K P P k p k r k b K P P P P P P K b P b P b P k b P b P p r b P b P p k C H A C H B H C + + − = =  = + + − + + = + + = = − 令 ＝ 则 由化学平衡关系 且 ＝ ， 则 （）若 ）为速率控制步骤 令 为 为 为    ( ) * PB = PB

若(C)为控制步骤 r=kdBe8-kaB Peey =k1+bth1+62+b, baPe 1 化学平衡关系K。→P鸣 Kp (PiPePi) 则r= Kp 1+bP+b8 Kp 、P4Pc

若（Ｃ）为控制步骤 P A C A A B B P A C P A C B A P A A B B a B B A A B B B B B a B B V K P P b P b P K P P k K P P P P P P K b P b P k P b P b P b P k P B + + − = =  = + + − + + = = − 1 ( ) r 1 1 1 k r k C * * * * * * * d B d B 则 由化学平衡关系  

若B为控制步骤 T=kea-k'egPc =k. bAP 1+bP:tbe be Pe Pc 1+baPi+bgP8 kbPa-k'bePaPe 1+bP+bgPB 若反应物和产物的吸附都很弱，则 r≈kbP4-k'DE PEPO 为一级反应过程

若B为控制步骤 A A B B A A B B c A A B B B B C A A B B A A A B C b P b P k b P k b P P b P b P b P P k b P b P b P k k P k + + −  = + + −  + + = −  = 1 1 1 r * * * * * *   若反应物和产物的吸附都很弱，则 A A bB PB Pc r  k b P − k 为一级反应过程