进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为69.2%。试计算 （1） 反应的选择性；
（2） 反应器出口气体的组成。
解：（1）由（1.7）式得反应的选择性为：
（2）进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），当进入反应器的总原料量为100mol时，则反应器的进料组成为
组分 | 摩尔分率yi0 | 摩尔数ni0(mol) |
安徽中医学院中西医结合医院CH3OH | 2/（2+4+1.3）=0.2740 | 27.40 |
空气 | 4/（2+4+1.3）=0.5479 | 54.79 |
水 | 1.3/（2+4+1.3）=0.1781 | 17.81 |
总计 | 1.000 | 100.0 |
| | |
设甲醇的转化率为XA，甲醛的收率为YP，根据（1.3）和（1.5）式可得反应器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数nA、nP和nc分别为：
nA=nA0(1-XA)=7.672 mol
nP=nA0YP=18.96 mol
nC=nA0(XA-YP)=0.7672 mol
结合上述反应的化学计量式，水（nW）、氧气（nO）和氮气（nN）的摩尔数分别为：
nW=nW0+nP+2nC=38.30 mol
nO=nO0-1/2nP-3/2nC=0.8788 mol
nN=nN0=43.28 mol
所以，反应器出口气体组成为：
组分 | 摩尔数（mol） | 摩尔分率% |
CH3OH | 7.672 | 6.983 |
HCHO | 18.96 | 17.26 |
H2O | 38.3 | 34.87 |
CO2 | 0.7672 | 0.6983 |
O2 | 0.8788 | 0.7999 |
N2 | 43.28 | 39.39 |
| | |
2.3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，0.1MPa压力及700K时反应速率常数kW等于0.0535kmol/kg.h。如催化剂的比表面积为30m2/g，堆密度为1.13g/cm3，试计算： （1） 以反应体积为基准的速率常数kV。
（2） 企业物流管理论文 以反应相界面积为基准的速率常数kg。
（3） 以分压表示反应物系组成时的速率常数kg。
（4） 以摩尔浓度表示反应物系组成时的速率常数kC。
解：利用（2.10）式及（2.28）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。
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）
（2）
（3）
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：
以表面反应速率方程来代表整个反应的速率方程：
由于
将代入上式得：
整理得：
将代入速率方程中
其中
2.15在银催化剂上进行乙烯氧化反应：
化作
其反应步骤可表示如下：
（1）
（2）
（3）
（4）
若是第三步是速率控制步骤，试推导其动力学方程。
解：根据速率控制步骤及定态近似原理，除表面反应步骤外，其余近似达到平衡，写出相应的覆盖率表达式：
整个反应的速率方程以表面反应的速率方程来表示：
根据总覆盖率为1的原则，则有：
或
整理得：
将代入反应速率方程，得：
其中
2.16设有反应，其反应步骤表示如下：
（1）
（2）
（3）
若（1）速率控制步骤，试推导其动力学方程。
解：先写出各步的速率式：
由于（1）是速率控制步骤，第（2）步是不可逆反应，其反应速率应等于（1）的吸附速率，故有：
整理得：
根据定态近似原则
因为
将代入上式，化简后得：
最后将代入吸附速率式，即为该反应的动力学方程式。
2.17一氧化碳变换反应：
在较低温度下，其动力学方程可表示为：
试拟定该反应的合适的反应步骤。
解：根据题意，假设反应步骤如下：
并假设第二步是控制步骤，其速率方程就代表了整个反应的速率方程：
其余的两步可认为达到平衡，则有：
由于，有：
将代入速率式，得：
式中。故上述假定与题意符合。但上述假定的反应步骤不是唯一的。
该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l，反应速率常数等于5.6l/mol.min。要求最终转化率达到95%。试问：
（1） 当反应器的反应体积为1m3时，需要多长的反应时间？
（2） 若反应器的反应体积为2m3，，所需的反应时间又是多少？
解：（1）
(2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为2.83h。
3.2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：
以生产乙二醇，产量为20㎏/h，使用15%（重量）的NaHCO3水溶液及30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1，混合液的比重为1.02。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于5.2l/mol.h，要求转化率达到95%。
（1） 若辅助时间为0.5h，试计算反应器的有效体积；
（2） 若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。
解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为80.5,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62=0.3226 kmol/h
每小时需氯乙醇：
每小时需碳酸氢钠：
原料体积流量：
氯乙醇初始浓度：
反应时间：
反应体积：
（2） 反应器的实际体积：
3.5在间歇反应器中进行液相反应：
A的初始浓度为0.1kmol/m3,C，D的初始浓度为零，B过量，反应时间为t1时，CA=0.055kmol/m3，CC=0.038 kmol/m3，而反应时间为t2时，CA=0.01 kmol/m3，CC=0.042kmol/m3，试求：
（1） k2/k1;
（2） 产物C的最大浓度；
（3） 对应C的最大浓度时A的转化率。
解：(1)因为B过量，所以：
恒容时：
（A）
(B)
（B）式除以（A）式得：
解此微分方程得：
（C）
将t1,CA,CC及t2,CA,CC数据代入（C）式化简得：
解之得：
(2)先求出最大转化率:
(3)产物C的最大收率：
产物C的最大浓度：
3.7拟设计一反应装置等温进行下列液相反应：
目的产物为R，B的价格远较A贵且不易回收，试问：
（1） （1） 如何选择原料配比？
（2） （2） 若采用多段全混流反应器串联，何种加料方式最好？
（3） （3） 若用半间歇反应器，加料方式又如何？
解：（1）
由上式知，欲使S增加，需使CA低，CB高，但由于B的价格高且不易回收，故应按主反应的计量比投料为好。
（ca11102）保证CA低，CB高，故可用下图所示的多釜串联方式：
（3）用半间歇反应器，若欲使CA低，CB高，可以将B一次先加入反应器，然后滴加A.
3.8在一个体积为300l的反应器中86℃等温下将浓度为3.2kmol/m3的过氧化氢异丙苯溶液分解：
生产苯酚和丙酮。该反应为一级反应，反应温度下反应速率常数等于0.08s-1,最终转化率达98.9%，试计算苯酚的产量。
（1） （1短信息服务中心） 如果这个反应器是间歇操作反应器，并设辅助操作时间为15min;
（2） （2） 如果是全混流反应器；
（3） （3） 试比较上二问的计算结果；
（4） （4） 若过氧化氢异丙苯浓度增加一倍，其他条件不变，结果怎样？
解：（1）
苯酚浓度
苯酚产量
（2）全混流反应器
苯酚产量
（3）说明全混釜的产量小于间歇釜的产量，这是由于全混釜中反应物浓度低，反应速度慢的原因。
（4）由于该反应为一级反应，由上述计算可知，无论是间歇反应器或全混流反应器，其原料处理量不变，但由于CAB增加一倍，故C苯酚也增加一倍，故上述两个反应器中苯酚的产量均增加一倍。
3.9在间歇反应器中等温进行下列液相反应：
rD及rR分别为产物D及R的生成速率。反应用的原料为A及B的混合液，其中A的浓度等于2
kmol/m3。
（1） 计算A的转化率达95%时所需的反应时间；
（2） A的转化率为95%时，R的收率是多少？
（3） 若反应温度不变，要求D的收率达70%，能否办到？
（4） 改用全混反应器操作，反应温度与原料组成均不改变，保持空时与（1）的反应时间相同，A的转化率是否可达到95%？
（5） 在全混反应器中操作时，A的转化率如仍要求达到95%，其它条件不变，R的收率是多少？
（6） 若采用半间歇操作，B先放入反应器内，开始反应时A按（1）计算的时间均速加入反应器内。假如B的量为1m3，A为0.4m3，试计算A加完时，组分A所能达到的转化率及R的收率。
解：（1）第二章2.9题已求出t=0.396h=24.23min
(2)
(3)若转化率仍为0.95，且温度为常数，则脂肽D的瞬时选择性为：
D的收率：
这说明能使D的收率达到70%
（4）对全混流反应器，若使τ=t=0.3958h,则有一氧化锰
解之得：CA=0.4433
所以：
这说明在这种情况下转化率达不到95%。
（5） 对全混流反应器，若X=0.95,则R的收率为：
（6）依题意知半间歇式反应器属于连续加料而间歇出料的情况。为了求分组A的转化率及R的收率，需要求出A及R 的浓度随时间的变化关系，现列出如下的微分方程组：
对A: （1）
对R:
（2）
（3）
在反应时间（t=0.4038h,为方便起见取t ≈0.4h）内将0.4 m3的A均速加入反应器内，故
采用间歇釜操作时，原料为A与B的混合物，A的浓度为2kmol/ m3.现采用半间歇釜操作，且，故可算出原料A的浓度为：
由于：
代入（1），（2）式则得如下一阶非线性微分方程组：
（4）
（5）
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