化學反應工程習題課杜平高1/23第一章緒論1第二章均相反應動力學2

2/231-1在銀催化劑上進行甲醇氧化反應：進入反應器原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2：4：1.3（摩爾比），反應后甲醇轉化率達72%，甲醛收率為69.2%。試計算（1）

反應選擇性；（2）

反應器出口氣體組成。3/23第一章1-1.解：（1）反應選擇性為：

（2）進入反應器原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2：4：1.3（摩爾比），當進入反應器總原料量為100mol時，則反應器進料組成為：4/23設甲醇轉化率為XA，甲醛收率為YP，反應器出口CH3OH、CH3CHO和CO2摩爾數nA、nP和nC分別為：結合上述反應化學計量式，H2O（nW）、O2（nO）和N2（nN）摩爾數分別為：5/23所以，反應器出口氣體組成為：6/231-3.在銀催化劑上進行乙烯氧化反應以生產環氧乙烷，進入催化反應器氣體組成（摩爾分數）為：反應器出口氣體中含（摩爾分數）為：試計算乙烯轉化率、環氧乙烷收率反應選擇性。7/231-3解：以100mol進料為基準，并設x和y分別表示環氧乙烷和二氧化碳生成量，依據題目給進料組成和化學計量關系列式：（1）（2）可列出下表：

8/23因為反應器出口氣體中乙烯和氧摩爾分數已知，所以可列出下面兩個方程：

及解得：x=1.504moly=0.989mol乙烯轉化量為：1.504+0.989/2=1.999mol所以，乙烯轉化率為：1.999/15=13.33%環氧乙烷收率為：1.504/15=10.03%反應選擇性為：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行氧化脫氫，其主要反應為：另外還有很多副反應，如生成酮，醛及有機酸反應。反應溫度350℃，在壓強為0.2026MPa下進行。依據分析，得到反應前后物料組成（摩爾分數）以下。10/23組成反應前/%反應后/%組成反應前/%反應后/%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有機酸—0.20正戊烷0.020.02酮、醛—0.10氧7.170.64

依據表中數據計算正丁烯轉化率、丁二烯收率以及反應選擇性。11/231-5解：由丁二烯氧化反應可知，反應過程中，反應混合物總物質量發生改變。假如進料為100mol，則由氮平衡可算出反應后混合氣量為：其中，正丁烯量=103.4×0.017=1.758mol丁二烯量=103.4×0.0445=4.60mol若以反應器進料為基準，則正丁烯轉化率丁二烯收率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。在滴流床反應器中進行，原料分離回收循環操作。某工廠生產中測數據以下：反應器甲醇含量為10%（質量分數），出反應器甲醇含量為1.6%，丁炔二醇初濃度為0，出口含量為7.65%。假設分離回收中無損失，試計算此反應過程中轉化率、選擇性、單程收率和總收率。13/231-6解：設原料進料量為100Kg/h，則有質量守恒，出反應器量也為100Kg/h，則出反應器HCHO為1.6Kg/h，C4H6O2為7.65Kg/h：轉化率14/23單程收率

總收率

選擇性15/23第二章2-3解：反應物A消耗速率應為兩反應速率之和，即由

得對上式積分：16/232-4解：（1）由題意可將反應速率表示為:對于恒容過程，則有當時17/23（2）對于恒壓過程，是個變容反應過程，由（2.49）式可求得總摩爾數改變反應物A原始分率：由（2.52）式可求得轉化率為80%時濃度：18/232-8解：在初始濃度相同條件下，有：又19/23則代入數據，得2-13解：對二級反應有對上式積分∴20/23a）.時，當時，當當時，時，b）.時，當當當時，時，時，21/23討論：在初