题目
在一管式反应器中常压300℃等温下进行甲烷化反应：CO+3H2+CH4+H2O，催化剂体积为10ml，原料气中CO的含量为3%，其余为N2,H2气体，改变进口原料气流量Q0进行实验，测得出口CO的转化率为： ((m)/min 83.3 67.6 50.0 38.5 29.4 22.2-|||-x(%) 20 30 40 50 60 70 试求当进口原料气体流量为50ml/min时CO的转化速率。
在一管式反应器中常压300℃等温下进行甲烷化反应：CO+3H2+CH4+H2O，催化剂体积为10ml，原料气中CO的含量为3%，其余为N2,H2气体，改变进口原料气流量Q0进行实验，测得出口CO的转化率为： 
试求当进口原料气体流量为50ml/min时CO的转化速率。
题目解答
答案
解析
步骤 1：确定反应速率表达式
在一管式反应器中，反应速率表达式可以表示为：${r}_{A}=\dfrac {d{d}_{A}}{d{v}_{R}}$，其中${r}_{A}$是反应速率，${d}_{A}$是反应物A的浓度，${v}_{R}$是反应器体积。
步骤 2：计算原料气流量与转化率的关系
原料气流量${Q}_{0}$与转化率${X}_{A}$的关系为：${F}_{A}={F}_{AO}(1-{X}_{A})={Q}_{0}{C}_{AO}(1-{X}_{A})$，其中${F}_{A}$是反应物A的流量，${F}_{AO}$是原料气中反应物A的初始流量，${C}_{AO}$是原料气中反应物A的初始浓度。
步骤 3：计算反应速率
反应速率${r}_{A}$可以表示为：${r}_{A}={Q}_{0}{C}_{AO}\dfrac {d{X}_{A}}{d{V}_{R}}={C}_{AO}\dfrac {d{X}_{A}}{d({V}_{R}{C}_{R})}$，其中${V}_{R}$是反应器体积，${C}_{R}$是反应器中反应物A的浓度。
步骤 4：计算转化速率
用${X}_{A}\sim {Q}_{0}$作图，过${V}_{R}/{Q}_{0}=0.20min$的点作切线，即得该条件下的$d{X}_{A}/d({V}_{R}{C}_{R})$值α。${V}_{R}/{Q}_{0}min$ 0.12 0.148 0.20 0.26 0.34 0.45 ${X}_{A}$% 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 $a=\dfrac {0.65-0.04}{0.34}=1.79$。故CO的转化速率为${r}_{A}={C}_{AO}d({X}_{A}{10}^{4})=6.38\times {10}^{-4}\times 1.79=1.14\times {10}^{-3}mol/L\cdot min$。
在一管式反应器中，反应速率表达式可以表示为：${r}_{A}=\dfrac {d{d}_{A}}{d{v}_{R}}$，其中${r}_{A}$是反应速率，${d}_{A}$是反应物A的浓度，${v}_{R}$是反应器体积。
步骤 2：计算原料气流量与转化率的关系
原料气流量${Q}_{0}$与转化率${X}_{A}$的关系为：${F}_{A}={F}_{AO}(1-{X}_{A})={Q}_{0}{C}_{AO}(1-{X}_{A})$，其中${F}_{A}$是反应物A的流量，${F}_{AO}$是原料气中反应物A的初始流量，${C}_{AO}$是原料气中反应物A的初始浓度。
步骤 3：计算反应速率
反应速率${r}_{A}$可以表示为：${r}_{A}={Q}_{0}{C}_{AO}\dfrac {d{X}_{A}}{d{V}_{R}}={C}_{AO}\dfrac {d{X}_{A}}{d({V}_{R}{C}_{R})}$，其中${V}_{R}$是反应器体积，${C}_{R}$是反应器中反应物A的浓度。
步骤 4：计算转化速率
用${X}_{A}\sim {Q}_{0}$作图，过${V}_{R}/{Q}_{0}=0.20min$的点作切线，即得该条件下的$d{X}_{A}/d({V}_{R}{C}_{R})$值α。${V}_{R}/{Q}_{0}min$ 0.12 0.148 0.20 0.26 0.34 0.45 ${X}_{A}$% 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 $a=\dfrac {0.65-0.04}{0.34}=1.79$。故CO的转化速率为${r}_{A}={C}_{AO}d({X}_{A}{10}^{4})=6.38\times {10}^{-4}\times 1.79=1.14\times {10}^{-3}mol/L\cdot min$。