《化學(xué)反應(yīng)工程》第五版(朱炳辰)課后習(xí)題答案

1、第一章1.11.1在銀催化劑上進(jìn)行甲醇氧化為甲醛的反應(yīng)：在銀催化劑上進(jìn)行甲醇氧化為甲醛的反應(yīng)：3222CHOHO2HCHO2HO???32222CHOH3O2CO4HO???進(jìn)入反應(yīng)器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣進(jìn)入反應(yīng)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(yīng)，反應(yīng)后甲醇的轉(zhuǎn)化率達(dá)后甲醇的轉(zhuǎn)化率達(dá)72%72%，甲醛的收率為，甲醛的收率為69.2%69.2%。試計(jì)算。試計(jì)算（1）（1）反應(yīng)的選

2、擇性；反應(yīng)的選擇性；（2）（2）反應(yīng)器出口氣體的組成。反應(yīng)器出口氣體的組成。解：（解：（1）由（）由（1.71.7）式得反應(yīng)的選擇性為：）式得反應(yīng)的選擇性為：0.629YS0.961196.11%X0.720????（2）進(jìn)入反應(yīng)器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣）進(jìn)入反應(yīng)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(dāng)進(jìn)入反應(yīng)器的總原料量為當(dāng)進(jìn)入反應(yīng)器的總原料量為100mol100mol時(shí)，則反應(yīng)器的進(jìn)

3、料組成為時(shí)，則反應(yīng)器的進(jìn)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(jì)總計(jì)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(yīng)器）式可得反應(yīng)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(yīng)的化學(xué)計(jì)量式，水（結(jié)合上述反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量式，水（nW）、氧氣（、氧氣（nO）和氮?dú)猓ǎ┖偷?/p>

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(yīng)器出口氣體組成為：所以，反應(yīng)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、76720.76720.69830.6983料氣組成以質(zhì)量分率表示如下：料氣組成以質(zhì)量分率表示如下：組分組分摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量yi0i0(mol%(mol%)Fi0i0(kmolh(kmolh)質(zhì)量分率質(zhì)量分率xi0i0%COCO282826.8226.8226.8226.8272.0572.05H2268.2568.2568.2568.2513.113.1COCO244441.461.461.461.466.1646.164CHCH41

7、6160.550.550.550.550.84430.8443N228282.922.922.922.927.8447.844總計(jì)總計(jì)100100100100100100其中其中xi=y=yiMi∑y∑yiMi。進(jìn)料的平均摩爾質(zhì)量。進(jìn)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

8、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(jì)總計(jì)100100其中冷凝分離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(duì)整個(gè)系統(tǒng)的。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的N2作

9、衡作衡算得：算得：5.38B2810000.1029A=2.925.38B2810000.1029A=2.92(A)(A)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)就所有物料作衡算得：對(duì)整個(gè)系統(tǒng)就所有物料作衡算得：10010.42=B9.554A10010.42=B9.554A(B)(B)聯(lián)立（聯(lián)立（A）、（B）兩個(gè)方程，解之得）兩個(gè)方程，解之得A=26.91kmolhA=26.91kmolhB=785.2kghB=785.2kgh反應(yīng)后產(chǎn)物中反應(yīng)后產(chǎn)物中COCO摩爾

10、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)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(yīng)器出口處的由已知循環(huán)氣與新鮮氣之摩爾比，可得反應(yīng)器出口處的COCO摩爾流量為摩爾流