《化学反应工程》(朱炳辰)课后习题答案.pdf

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1、1绪论1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：2CHOH22CHOHCHOH+O→2HCHO+2HO3222CHOH22CHOHCHOH+3O→2CO+4HO3222进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为69.2%。试计算（1）（1）反应的选择性；（2）（2）反应器出口气体的组成。解：（1）由（1.7）式得反应的选择性为：S=Y=0.629=0.961196.11%=X0.720（2）进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），当进入反应器的总原料量为100mol时，则反应

2、器的进料组成为组分摩尔分率yi0摩尔数ni0(mol)CH3O2/（2+4+1.3）=0.274027.40H空气4/（2+4+1.3）=0.547954.79水1.3/（2+4+1.3）=0.178117.81总计1.000100.0设甲醇的转化率为XA，甲醛的收率为YP，根据（1.3）和（1.5）式可得反应器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数nA、nP和nc分别为：nA=n==nnA0AA00(1-X((1-X1-XA)=7.672))=7.672=7.672molmmololnP=n==nnA0AA00YP=18.96==18.9618.96molmmololnC=

3、n==nnA0AA00(X((XXA-Y--YYP)=0.7672))=0.7672=0.7672molmmolol结合上述反应的化学计量式，水（nW）、氧气（nO）和氮气（nN）的摩尔数分别为：nW=n==nnW0WW00+n++nnP+2n++2n2nC=38.30==38.3038.30molmmololnO=n==nnO0OO00-1/2n--1/2n1/2nP-3/2n--3/2n3/2nC=0.8788==0.87880.8788molmmololnN=n==nnN0NN00=43.28==43.2843.28molmmolol所以，反应器出口气体组成为：组

4、分摩尔数（mol）摩尔分率%CH3O7.6726.983HHCHO18.9617.26H2O38.334.87CO20.76720.6983O20.87880.7999N243.2839.391.1.2工业上采用铜锌铝催化剂由一氧化碳和氢合成甲醇，其主副反应如下：COCCOO+2H⇔CHOH232CO22COCO+4H⇔(CH)O+HO2322COCCOO+3H⇔CH+HO2424CO44COCO+8H⇔CHOH+3HO2492COCCOO+HO⇔CO+H222由于化学平衡的限制，反应过程中一氧化碳不可能全部转化成甲醇，为了提高原料的利用率，生产上采用循环操作，即将反应

5、后的气体冷却，可凝组份变为液体即为粗甲醇，不凝组份如氢气及一氧化碳等部分放空，大部分经循环压缩机后与原料气混合返回合成塔中。下图是生产流程示意图冷凝分离合成原料气Bkg/h粗甲醇Akmol/h循环压缩100kmol放空气体原料气和冷凝分离后的气体组成如下：（mol）组分原料气冷凝分离后的气体CO26.8215.49H268.2569.78CO21.460.82CH40.553.62N22.9210.29粗甲醇的组成为CH3OH89.15%,(CH3)2O3.55%,C3H9OH1.10%,H2O6.20%,均为重量百分率。在操作压力及温度下，其余组分均为不凝组分，但在冷

6、凝冷却过程中可部分溶解于粗甲醇中，对1kg粗甲醇而言，其溶解量为CO29.82g,CO9.38g,H21.76g,CH42.14g,N25.38g。若循环气与原料气之比为7.2（摩尔比），试计算：（1）（1）一氧化碳的单程转换率和全程转化率；（2）（2）甲醇的单程收率和全程收率。解：（1）设新鲜原料气进料流量为100kmol/h，则根据已知条件，计算进料原料气组成以质量分率表示如下：组分摩尔质量yi0(mol%)Fi0(kmol/h)质量分率xi0%CO2826.8226.8272.05H2268.2568.2513.1CO2441.461.466.164CH4160.

7、550.550.8443N2282.922.927.844总计100100100其中xi=yiMi/∑yiMi。进料的平均摩尔质量Mm=∑yiMi=10.42kg/kmol。经冷凝分离后的气体组成（亦即放空气体的组成）如下：组分摩尔质量摩尔分率yiCO2815.49H2269.78CO2440.82CH4163.62N22810.29总计100其中冷凝分离后气体平均分子量为M’m=∑yiMi=9.554==9.5549.554又设放空气体流量为Akmol/h，粗甲醇的流量为Bkg/h。对整个系统的N2作衡算得：5.38B/28×1000+