化學(xué)反應(yīng)工程習(xí)題課杜平高1/23第一章緒論1第二章均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2

2/231-1在銀催化劑上進(jìn)行甲醇氧化反應(yīng)：進(jìn)入反應(yīng)器原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2：4：1.3（摩爾比），反應(yīng)后甲醇轉(zhuǎn)化率達(dá)72%，甲醛收率為69.2%。試計(jì)算（1）

反應(yīng)選擇性；（2）

反應(yīng)器出口氣體組成。3/23第一章1-1.解：（1）反應(yīng)選擇性為：

（2）進(jìn)入反應(yīng)器原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2：4：1.3（摩爾比），當(dāng)進(jìn)入反應(yīng)器總原料量為100mol時(shí)，則反應(yīng)器進(jìn)料組成為：4/23設(shè)甲醇轉(zhuǎn)化率為XA，甲醛收率為YP，反應(yīng)器出口CH3OH、CH3CHO和CO2摩爾數(shù)nA、nP和nC分別為：結(jié)合上述反應(yīng)化學(xué)計(jì)量式，H2O（nW）、O2（nO）和N2（nN）摩爾數(shù)分別為：5/23所以，反應(yīng)器出口氣體組成為：6/231-3.在銀催化劑上進(jìn)行乙烯氧化反應(yīng)以生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，進(jìn)入催化反應(yīng)器氣體組成（摩爾分?jǐn)?shù)）為：反應(yīng)器出口氣體中含（摩爾分?jǐn)?shù)）為：試計(jì)算乙烯轉(zhuǎn)化率、環(huán)氧乙烷收率反應(yīng)選擇性。7/231-3解：以100mol進(jìn)料為基準(zhǔn)，并設(shè)x和y分別表示環(huán)氧乙烷和二氧化碳生成量，依據(jù)題目給進(jìn)料組成和化學(xué)計(jì)量關(guān)系列式：（1）（2）可列出下表：

8/23因?yàn)榉磻?yīng)器出口氣體中乙烯和氧摩爾分?jǐn)?shù)已知，所以可列出下面兩個(gè)方程：

及解得：x=1.504moly=0.989mol乙烯轉(zhuǎn)化量為：1.504+0.989/2=1.999mol所以，乙烯轉(zhuǎn)化率為：1.999/15=13.33%環(huán)氧乙烷收率為：1.504/15=10.03%反應(yīng)選擇性為：S=0.1003/.1333=75.24%9/231-5：丁二烯是制造合成橡膠主要原料。制取丁二烯工業(yè)方法之一是將正丁烯和空氣及水蒸氣混合氣體在磷鉬鉍催化劑上進(jìn)行氧化脫氫，其主要反應(yīng)為：另外還有很多副反應(yīng)，如生成酮，醛及有機(jī)酸反應(yīng)。反應(yīng)溫度350℃，在壓強(qiáng)為0.2026MPa下進(jìn)行。依據(jù)分析，得到反應(yīng)前后物料組成（摩爾分?jǐn)?shù)）以下。10/23組成反應(yīng)前/%反應(yīng)后/%組成反應(yīng)前/%反應(yīng)后/%正丁烷0.630.61氮27.0020.10正丁烯7.051.70水蒸氣57.4462.07丁二烯0.064.45一氧化碳—1.20異丁烷0.500.48二氧化碳—1.80異丁烯0.130.00有機(jī)酸—0.20正戊烷0.020.02酮、醛—0.10氧7.170.64

依據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算正丁烯轉(zhuǎn)化率、丁二烯收率以及反應(yīng)選擇性。11/231-5解：由丁二烯氧化反應(yīng)可知，反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)混合物總物質(zhì)量發(fā)生改變。假如進(jìn)料為100mol，則由氮平衡可算出反應(yīng)后混合氣量為：其中，正丁烯量=103.4×0.017=1.758mol丁二烯量=103.4×0.0445=4.60mol若以反應(yīng)器進(jìn)料為基準(zhǔn)，則正丁烯轉(zhuǎn)化率丁二烯收率12/23丁二烯選擇性1-6.甲醛和乙炔在催化劑作用下生成丁炔二醇。在滴流床反應(yīng)器中進(jìn)行，原料分離回收循環(huán)操作。某工廠生產(chǎn)中測(cè)數(shù)據(jù)以下：反應(yīng)器甲醇含量為10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），出反應(yīng)器甲醇含量為1.6%，丁炔二醇初濃度為0，出口含量為7.65%。假設(shè)分離回收中無(wú)損失，試計(jì)算此反應(yīng)過(guò)程中轉(zhuǎn)化率、選擇性、單程收率和總收率。13/231-6解：設(shè)原料進(jìn)料量為100Kg/h，則有質(zhì)量守恒，出反應(yīng)器量也為100Kg/h，則出反應(yīng)器HCHO為1.6Kg/h，C4H6O2為7.65Kg/h：轉(zhuǎn)化率14/23單程收率

總收率

選擇性15/23第二章2-3解：反應(yīng)物A消耗速率應(yīng)為兩反應(yīng)速率之和，即由

得對(duì)上式積分：16/232-4解：（1）由題意可將反應(yīng)速率表示為:對(duì)于恒容過(guò)程，則有當(dāng)時(shí)17/23（2）對(duì)于恒壓過(guò)程，是個(gè)變?nèi)莘磻?yīng)過(guò)程，由（2.49）式可求得總摩爾數(shù)改變反應(yīng)物A原始分率：由（2.52）式可求得轉(zhuǎn)化率為80%時(shí)濃度：18/232-8解：在初始濃度相同條件下，有：又19/23則代入數(shù)據(jù)，得2-13解：對(duì)二級(jí)反應(yīng)有對(duì)上式積分∴20/23a）.時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)，b）.時(shí)，當(dāng)當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)，時(shí)，21/23討論：在初