吴元欣版反应工程答案.doc

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1、页眉第一章例题与习题解答例1每100kg乙烷（纯度100%）在裂解器中裂解，产生45.8kg乙烯，乙烷的单程转化率为59%，裂解气经分离后，所得到的产物气体中含有4.1kg乙烷，其余未反应的乙烷返回裂解器。求乙烯的选择性、收率、总收率和乙烷的总转化率。解：以B点的混合气体为计算基准进行计算即得到单程转化率和单程收率，而以对A点的新鲜气体为计算基准进行计算得到全程转化率和全程收率。新鲜原料通过反应器一次所达到的转化率，单程转化率（反应器进口为基准）；新鲜原料进入反应系统起到离开系统止所达到的转化率，全程转化率（新鲜原料为

2、基准）。现对B点进行计算，设B点进入裂解器的乙烷为100kg。循环页脚页眉新鲜乙烷●●●E裂解器分离器产品页脚页眉AB由于乙烷的单程转化率为59%，则在裂解器中反应掉的原料乙烷量为H1000.5959kgE点乙烷的循环量页脚页眉QA点补充的新鲜乙烷量为F100100H4.1100594.136.9kgQ10036.963.1kg页脚页眉乙烯的选择性为S45.8/28100%45.8/28100%83.172%页脚页眉H/3059/30乙烯的单程收率页脚页眉乙烯的总收率（摩尔收率）y45.8/28100

3、%49.07%100/30页脚页眉乙烯的总质量收率45.8/2845.8/28Y100%100%77.77%F/3063.1/30页脚页眉Y'45.8F100%45.863.1100%72.58%页脚页眉乙烷的总转化率X＝HF100%＝5963.1100%＝93.5%页脚页眉例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：页脚页眉CO2H2CH3OH页脚页眉2CO4H2（CH3）2OH2O）页脚页眉CO3H2CH4H2O页脚页眉4CO8H2C4H9OH3H2O页脚页眉

4、COH2OCO2H2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，即将反应后的气体冷却，可凝组分分离为液体即为粗甲醇，不凝组分如氢及一氧化碳等部分放空，是生产流程示意图。大部分经循环压缩机压缩后与原料气混合返回合成塔中。下面合成冷凝分离原料气粗甲醇放空循环压缩原料气和冷凝分离后的气体中各组分的摩尔分数如下组成原料气冷凝分离后气体CO26.8215.49H268.2569.78CO21.460.82CH40.553.62N22.9210.29粗甲醇中各组分的质量分数

5、分别为CH3OH89.15%、（CH3）2O3.55%、C4H9OH1.1%、H2O6.2%。在操作压力及温度下，其余组分均为不凝组分，但在冷却冷凝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、H22.14g、CH42.14g、N25.38g。若循环气与原料气之比为7.2（摩尔比），试计算：（1））一氧化碳的单程转化率和全程转化率；（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，根据已知条件，计算进料原料气组成如下：组分摩尔质量yi0(mo

6、l%)Fi0(kmol/h)质量分率xi0%质量流量kg/hCO2826.8226.8272.05760.96H2268.2568.2513.1136.5CO2441.461.466.16464.24CH4160.550.550.84438.8N2282.922.927.84481.76总计1001001001042.26页脚页眉其中xiyiMi/yiMi，进料的平均摩尔质量MmyiMi10.42kg/kmol。页脚页眉经冷凝分离后的气体组成，亦即放空气体的组成如下：组分COH2CO2CH4N2总计摩尔质量Mi

7、282441628摩尔分率yi15.4969.780.823.6210.29100页脚页眉其中冷凝分离后气体平均分子量为M'myiMi9.554页脚页眉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：页脚页眉5.38B/2810000.1029A2.92（1）对整个系统所有物料进行衡算得：联立（1）与（2）两个方程，解之得：10010.42＝B9.554A（2）A＝26.91kmol/h,B=785.2kg/h反应后产物中CO摩尔流量为FCO＝0.1549A9.38B/2810

8、004.431kmol/h故CO的全程转化率为FCO,0FCOxCOFCO,026.824.43126.8283.48%由已知循环气与新鲜气之摩尔比，可得反应器进口处的CO摩尔流量为：F'co,01000.26827.21000.1549＝138.4kmol/h所以CO的单程转化率为x'FCO,0FCO26.824.431COF'