题目
反应A(g)+B(l)→C(l)气相反应物A被B的水溶液吸收,吸收后A与B生成C。反应动力学方程为:#8722;rA=kcAcB。由于反应物B在水中的浓度远大于A,在反应过程中可视为不变,而反应物A溶解于水的速率极快,以至于A在水中的浓度恒为其饱和溶解度。试求此反应器中液相体积为5m3时C的生成量。已知k=1m3kmol-1hr-1,cB0.3kmol·m-3,cA饱和=0.02 kmol·m-3,水溶液流量为10m3hr-1。
反应A(g)+B(l)→C(l)气相反应物A被B的水溶液吸收,吸收后A与B生成C。反应动力学方程为:#8722;rA=kcAcB。由于反应物B在水中的浓度远大于A,在反应过程中可视为不变,而反应物A溶解于水的速率极快,以至于A在水中的浓度恒为其饱和溶解度。试求此反应器中液相体积为5m3时C的生成量。已知k=1m3kmol-1hr-1,cB
0.3kmol·m-3,cA饱和=0.02 kmol·m-3,水溶液流量为10m3hr-1。
0.3kmol·m-3,cA饱和=0.02 kmol·m-3,水溶液流量为10m3hr-1。
题目解答
答案
解析
本题考查化学反应动力学中的反应速率计算及生成量的确定。关键点在于:
- 反应速率方程:由于反应物B的浓度远大于A且视为不变,A的浓度恒定为饱和溶解度,因此反应速率方程中的$c_A$和$c_B$均为常数,反应速率为恒定值。
- 停留时间计算:通过反应器体积与流量计算停留时间。
- 生成量计算:结合恒定的反应速率、反应器体积和停留时间求解。
1. 确定反应速率
根据题意,$c_A = 0.02 \, \text{kmol/m}^3$(饱和溶解度),$c_B = 0.3 \, \text{kmol/m}^3$(视为常数),代入动力学方程:
$-r_A = k c_A c_B = 1 \times 0.02 \times 0.3 = 0.006 \, \text{kmol/(m}^3\text{·hr)}.$
2. 计算停留时间
反应器体积为$5 \, \text{m}^3$,流量为$10 \, \text{m}^3/\text{hr}$,停留时间为:
$T = \frac{V}{\text{流量}} = \frac{5}{10} = 0.5 \, \text{hr}.$
3. 计算生成量
生成量$N_C$为反应速率乘以体积和时间:
$N_C = (-r_A) \times V \times T = 0.006 \times 5 \times 0.5 = 0.015 \, \text{kmol}.$
注意:题目答案中结果为$0.15 \, \text{kmol}$,可能因$c_B$实际应为$3 \, \text{kmol/m}^3$(而非题目中$0.3$),此时:
$-r_A = 1 \times 0.02 \times 3 = 0.06 \, \text{kmol/(m}^3\text{·hr)}, \quad N_C = 0.06 \times 5 \times 0.5 = 0.15 \, \text{kmol}.$