化學反應工程課后習題答案

1、1緒論1.11.1在銀催化劑上進行甲醇氧化為甲醛的反應：在銀催化劑上進行甲醇氧化為甲醛的反應：3222CHOHO2HCHO2HO???32222CHOH3O2CO4HO???進入反應器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣進入反應器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2=2：4：1.31.3（摩爾比）（摩爾比），反應，反應后甲醇的轉(zhuǎn)化率達后甲醇的轉(zhuǎn)化率達72%72%，甲醛的收率為，甲醛的收率為69.2%69.2%。試計算。試計算（1）（1）反應的選

2、擇性；反應的選擇性；（2）（2）反應器出口氣體的組成。反應器出口氣體的組成。解：（解：（1）由（）由（1.71.7）式得反應的選擇性為：）式得反應的選擇性為：0.629YS0.961196.11%X0.720????（2）進入反應器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣）進入反應器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2=2：4：1.31.3（摩爾比）（摩爾比），當進入反應器的總原料量為當進入反應器的總原料量為100mol100mol時，則反應器的進

3、料組成為時，則反應器的進料組成為組分組分摩爾分率摩爾分率yi0i0摩爾數(shù)摩爾數(shù)ni0i0(mol)(mol)CHCH3OH22（241.3241.3）=0.2740=0.274027.4027.40空氣空氣44（241.3241.3）=0.5479=0.547954.7954.79水1.31.3（241.3241.3）=0.1781=0.178117.8117.81總計總計1.0001.000100.0100.0設(shè)甲醇的轉(zhuǎn)化率為設(shè)甲醇的

4、轉(zhuǎn)化率為XA，甲醛的收率為，甲醛的收率為YP，根據(jù)（，根據(jù)（1.31.3）和（）和（1.51.5）式可得反應器）式可得反應器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩爾數(shù)出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩爾數(shù)nA、nP和nc分別為：分別為：nA=nA0(1XA)=7.672molnP=nA0YP=18.96molnC=nA0(XAYP)=0.7672mol結(jié)合上述反應的化學計量式，水（結(jié)合上述反應的化學計量式，水（nW）、氧氣（、氧氣（nO）和氮氣（）和氮

5、氣（nN）的摩爾數(shù)分別）的摩爾數(shù)分別為：為：nW=nW0nP2nC=38.30molnO=nO012nP32nC=0.8788molnN=nN0=43.28mol所以，反應器出口氣體組成為：所以，反應器出口氣體組成為：組分組分摩爾數(shù)（摩爾數(shù)（molmol）摩爾分率摩爾分率%CHCH3OH7.6727.6726.9836.983HCHOHCHO18.9618.9617.2617.26H2O38.338.334.8734.87COCO20.

6、76720.76720.69830.6983O20.87880.87880.79990.7999N243.2843.2839.3939.391.1.1.1.2工業(yè)上采用銅鋅鋁催化劑由一氧化碳和氫合成甲醇，其主副反應如下：工業(yè)上采用銅鋅鋁催化劑由一氧化碳和氫合成甲醇，其主副反應如下：N228282.922.922.922.927.8447.844總計總計100100100100100100其中其中xi=y=yiMi∑y∑yiMi。進料的平

7、均摩爾質(zhì)量。進料的平均摩爾質(zhì)量Mm=∑y=∑yiMi=10.42kgkmol=10.42kgkmol。經(jīng)冷凝分離后的氣體組成（亦即放空氣體的組成）如下：經(jīng)冷凝分離后的氣體組成（亦即放空氣體的組成）如下：組分組分摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量摩爾分率摩爾分率yiCOCO282815.4915.49H2269.7869.78COCO244440.820.82CHCH416163.623.62N2282810.2910.29總計總計100100其中冷凝分離

8、后氣體平均分子量為其中冷凝分離后氣體平均分子量為M’m=∑yiMi=9.554又設(shè)放空氣體流量為又設(shè)放空氣體流量為AkmolhAkmolh，粗甲醇的流量為，粗甲醇的流量為BkghBkgh。對整個系統(tǒng)的。對整個系統(tǒng)的N2作衡作衡算得：算得：5.38B2810000.1029A=2.925.38B2810000.1029A=2.92(A)(A)對整個系統(tǒng)就所有物料作衡算得：對整個系統(tǒng)就所有物料作衡算得：10010.42=B9.554A100

9、10.42=B9.554A(B)(B)聯(lián)立（聯(lián)立（A）、（B）兩個方程，解之得）兩個方程，解之得A=26.91kmolhA=26.91kmolhB=785.2kghB=785.2kgh反應后產(chǎn)物中反應后產(chǎn)物中COCO摩爾流量為摩爾流量為FCOCO=0.1549A9.38B(281000)=0.1549A9.38B(281000)將求得的將求得的A、B值代入得值代入得FCOCO=4.431=4.431kmolhkmolh故COCO的全程轉(zhuǎn)

10、化率為的全程轉(zhuǎn)化率為CO0COCOCO0FF26.824.435X83.48%F26.82?????由已知循環(huán)氣與新鮮氣之摩爾比，可得反應器出口處的由已知循環(huán)氣與新鮮氣之摩爾比，可得反應器出口處的COCO摩爾流量為摩爾流量為F’CO0=1000.26827.21000.1549=138.4kmolh所以所以COCO的單程轉(zhuǎn)化率為的單程轉(zhuǎn)化率為CO0COCOCO0FF26.824.435X16.18%F138.4?????產(chǎn)物粗甲醇所溶解

11、的產(chǎn)物粗甲醇所溶解的COCO2、COCO、H2、CHCH4和N2總量總量D為(9.829.381.762.145.38)BD0.02848Bkmolh1000??????粗甲醇中甲醇的量為粗甲醇中甲醇的量為(BD)X(BD)X甲MMm=(785.20.02848B)=(785.20.02848B)0.891532=21.250.891532=21.25kmolhkmolh所以，甲醇的全程收率為所以，甲醇的全程收率為Y總=21.2526.