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反应工程习题 绪论 1 在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应： 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： 反应的选择性； 反应器出口气体的组成。 解：（1），由（1.7）式得反应的选择性为： （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为100 时，则反应器的进料组成为： 组分 摩尔分率 摩尔数 CH3OH 2 / (2+4+1.3) =0.2740 27.40 空气 4 / (2+4+1.3) =0.5479 54.79 O2 11.51 N2 43.28 水 1.3 / (2+4+1.3) =0.1781 17.81 总计 1.000 100.0 设甲醇的转化率为XA，甲醛的收率为，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、和分别为: 结合上述反应的化???计量式水（）、氧气（）和氮气（）的摩尔数分别为： 所以，反应器出口气体组成为： 组分 CH3OH HCHO H2O CO2 O2 N2 摩尔数 7.672 18.96 38.3 0.7672 0.8788 43.28 摩尔分率/％ 6.983 17.26 34.87 0.6983 0.7999 39.39 2 工业上采扩铜锌铝催化剂由一氧化碳和氢合成甲醇，其主副反应如下： 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，可凝组分变为液体即为粗甲醇。不凝组分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。 ┌―――→合 成 ――――→冷 凝 分 离―――┐ 原料气 │ B ↓ kg/h 粗甲醇│ A kmol/h ―――――→┤ ├―――――→ 100kmol/h │ │ 放空气体 └―――――――― 循 环 压 缩 ←―――――― ┘ 原料气和冷凝分离后的气体的摩尔组成分率如下“ 组分 CO H2 CO2 CH4 N2 原料气 26.82 68.25 1.46 0.55 2.92 冷凝分离后的气体 15.49 69.78 0.82 3.62 10.29 粗甲醇的组成为CH3OH 89.15％，（CH3）2O 3.55％，C4H9OH 1.10％ H2O 6.20％，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，但在冷凝冷却过程中可部分溶解于粗甲醇中，对1 kg粗甲醇而言，其溶解量为：CO2 9.82g，CO 9.38g， H2 1.76g， CH4 2.14g，N2 5.38g。若循环气体与原料气之比为7.2（摩尔比），试计算： 一氧化碳的单程转化率和全程转化率； 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100 ，则根据已知条件，计算进料原料组成以质量分率表示如下： 组成 摩尔质量 摩尔分率 / 质量分率/% CO 28 26.82 26.82 72.05 H2 2 68.25 68.25 13.10 CO2 44 1.46 1.46 6.164 CH4