化学反应工程

中国矿业大学化工学院高等反应工程作业小组成员：21.反应动力学的计算2.独立反应数的确定1.反应动力学的计算题目间二甲苯的溴化是在液相中进行的，催化剂为碘。将少量的溴通入过量的间二甲苯的溶液中，保持温度在290K，测得的动力学数据如下：t，min02.254.506.338.0010.25012.0013.5015.60，Kmol/m30.33350.29650.26600.24500.22550.20250.19100.17940.1632t，min17.8519.6027.0030.0038.0041.0045.0047.0057.00，Kmol/m30.15000.14290.11600.10530.0830.07690.07050.06780.0553BrCBrC41.反应动力学的计算在这个反应体系中，由于间二甲苯过量，可以假设动力学方程只与溴的浓度有关。假设反应为简单的n级反应，则有两边取对数，则有nBrBrkCdtdCklnClnn)dtdCln(BrBr51.反应动力学的计算使用MATLAB软件，做的曲线，并求出tCBrdtdCBr61.反应动力学的计算t，min02.254.506.338.0010.25012.0013.5015.60Kmol/m30.33350.29650.26600.24500.22550.20250.19100.17940.1632Kmol/(m3.t)0.01740.01500.01300.01150.01030.00880.00780.00710.0062t,min17.8519.6027.0030.0038.0041.0045.0047.0057.00Kmol/m30.15000.14290.11600.10530.0830.07690.07050.06780.0553Kmol/(m3.t)0.00540.00480.00330.00300.00240.00220.00190.00180.0006BrCdtdCBr-BrCdtdCBr-71.反应动力学的计算以对作图，BrCln)dtdCln(Br-1.0981-1.2157-1.3243-1.4065-1.4894-1.5970-1.6555-1.7181-1.8128-4.0513-4.1974-4.3459-4.4679-4.5799-4.7309-4.8478-4.9470-5.0833-1.8971-1.9456-2.1542-2.2509-2.4889-2.5652-2.6521-2.6912-2.8950-5.2245-5.3296-5.7070-5.8234-6.0520-6.1279-6.2485-6.3271-7.3594BrCln）dtdrBC-ln(BrCln）dtdrBC-ln(81.反应动力学的计算91.反应动力学的计算拟合的直线为则232591.x.ymin)Kmol/(m.k,.n..59077110750591min)m/(KmolC.r.BrA359110750102.独立反应数的确定假设乙烯在氧气中可发生下列反应：（1）2C2H4+O2=2C2H4O（2）C2H4+2O2=2CO+2H2O（3）C2H4+3O2=2CO2+2H2O（4）2C2H4O+3O2=4CO+4H2O（5）2C2H4O+5O2=4CO2+4H2O（6）CO+H2O=CO2+H2请确定该反应体系的独立反应数，并写出一组独立反应。题目112.独立反应数的确定方法1：化学计量系数矩阵法写出上述反应体系的化学计量系数矩阵，然后进行初等变换，确定其秩C2H4O2C2H4OCOH2OCO2H2-2-120000-1-202200-1-3002200-3-244000-5-20440000-1-111122.独立反应数的确定-2-1200000-3-244000-5-204400-3-244000-5-20440000-1-111-2-1200000-3-244000-5-2044000000000000000000-1-111132.独立反应数的确定可见，化学计量系数矩阵的秩为4，即独立反应数为4。所以，一组独立反应为-2-1200000-3-244000-5-2044000000000000000000-1-111C2H4O2C2H4OCOH2OCO2H22C2H4+O2=2C2H4O2C2H4+3O2=4CO+4H2O2C2H4O+5O2=4CO2+4H2OCO+H2O=CO2+H2142.独立反应数的确定方法2：原子矩阵法写出该反应体系的原子矩阵并进行初等变换，如下：C2H4O2C2H4OCOH2OCO2H2CHO2021010404020202111202021010000-11-110211120CHO152.独立反应数的确定2021010000-11-11021203-1111010022000-11-111310110-222C2H4O2C2H4OCOH2OCO2H2CHOCHO162.独立反应数的确定CHO变换矩阵位置C2H4H2OO2C2H4OCOCO2H21110010220100-1-111310011-222因此，原子矩阵的秩为3，而反应组分数为7，故独立反应数为7-3=4172.独立反应数的确定选择C2H4O、CO、CO2、H2为关键组分，则各独立反应的计量系数向量可分别写为1112131212223231323334142434=1000=0100=0010=0001TTTT根据原子衡算原理1110010220100-1-111310011-2221234=0182.独立反应数的确定由上述方程可解，得1121311222321323331424341=-1=0=-21=-=1=-1213=-=1=-221=0=-1=2可写出独立反应为2C2H4+O2=2C2H4OC2H4+2O2=2CO+2H2OC2H4+3O2=2CO2+2H2O2H2O=O2+2H219谢谢！