题目
在一管式反应器中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含量为3%，其余为N2、H2，改变进口原料气流量Q0进行实验，测得出口CO的转化率的数据如下表所示。 Q0(mL/min)83.367.650.038.529.422.2X/%203040506070 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含量为3%，其余为N2、H2，改变进口原料气流量Q0进行实验，测得出口CO的转化率的数据如下表所示。
Q0(mL/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。
题目解答
答案
解析
步骤 1：确定反应速率方程
在一管式反应器中，反应速率方程可以表示为：
${r}_{A}={Q}_{0}{C}_{AD}\dfrac {d{x}_{A}}{d{V}_{B}}=cm\dfrac {d{x}_{A}}{d({V}_{B}'{Q}_{0})}$
其中，${r}_{A}$ 是反应速率，${Q}_{0}$ 是进口原料气流量，${C}_{AD}$ 是原料气中CO的浓度，${x}_{A}$ 是CO的转化率，${V}_{B}$ 是反应器体积，$c$ 是反应速率常数，$m$ 是反应级数。
步骤 2：绘制 ${X}_{A}\sim {V}_{R}'{Q}_{0}$ 图
根据题目给出的数据，绘制 ${X}_{A}\sim {V}_{R}'{Q}_{0}$ 图，其中 ${V}_{R}'{Q}_{0}$ 是反应器体积与进口原料气流量的乘积。过 ${V}_{Z}'{Q}_{0}=0.20\quad min$ 的点作切线，即得该条件下的 $d{X}_{A}/d({V}_{R},{Q}_{0})$ 值α。
步骤 3：计算CO的转化速率
根据步骤2中得到的 $d{X}_{A}/d({V}_{R},{Q}_{0})$ 值α，代入反应速率方程，计算CO的转化速率。
在一管式反应器中，反应速率方程可以表示为：
${r}_{A}={Q}_{0}{C}_{AD}\dfrac {d{x}_{A}}{d{V}_{B}}=cm\dfrac {d{x}_{A}}{d({V}_{B}'{Q}_{0})}$
其中，${r}_{A}$ 是反应速率，${Q}_{0}$ 是进口原料气流量，${C}_{AD}$ 是原料气中CO的浓度，${x}_{A}$ 是CO的转化率，${V}_{B}$ 是反应器体积，$c$ 是反应速率常数，$m$ 是反应级数。
步骤 2：绘制 ${X}_{A}\sim {V}_{R}'{Q}_{0}$ 图
根据题目给出的数据，绘制 ${X}_{A}\sim {V}_{R}'{Q}_{0}$ 图，其中 ${V}_{R}'{Q}_{0}$ 是反应器体积与进口原料气流量的乘积。过 ${V}_{Z}'{Q}_{0}=0.20\quad min$ 的点作切线，即得该条件下的 $d{X}_{A}/d({V}_{R},{Q}_{0})$ 值α。
步骤 3：计算CO的转化速率
根据步骤2中得到的 $d{X}_{A}/d({V}_{R},{Q}_{0})$ 值α，代入反应速率方程，计算CO的转化速率。