《化學反應工程》第五版(朱炳辰)課后習題答案

1、第一章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，反應后甲醇的轉化率達后甲醇的轉化率達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（摩爾比）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

3、進料組成為時，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設甲醇的轉化率為設甲醇

4、的轉化率為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結合上述反應的化學計量式，水（結合上述反應的化學計量式，水（nW）、氧氣（、氧氣（nO）和氮氣（）和

5、氮氣（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、.76720.76720.69830.6983料氣組成以質量分率表示如下：料氣組成以質量分率表示如下：組分組分摩爾質量摩爾質量yi0i0(mol%(mol%)Fi0i0(kmolh(kmolh)質量分率質量分率xi0i0%COCO282826.8226.8226.8226.8272.0572.05H2268.2568.2568.2568.2513.113.1COCO244441.461.461.461.466.1646.164CHCH4

7、16160.550.550.550.550.84430.8443N228282.922.922.922.927.8447.844總計總計100100100100100100其中其中xi=y=yiMi∑yiMi。進料的平均摩爾質量。進料的平均摩爾質量Mm=∑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：組分組分摩爾質量摩爾質量摩

8、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又設放空氣體流量為又設放空氣體流量為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

9、得：算得：5.38B285.38B2810000.1029A=2.9210000.1029A=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：10010010.42=B9.554A10.42=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

10、爾流量為FCOCO=0.1549A9.38B(28=0.1549A9.38B(281000)1000)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的全程轉化率為的全程轉化率為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’