李绍芬《反应工程》课后知识题目解析Word下载.docx

1、（2） （2） 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：1.3（摩尔比），当进入反应器的总原料量为100mol时，则反应器的进料组成为组分摩尔分率yi0摩尔数ni0（mol）CH3OH2/（2+4+1.3）=0.274027.40空气4/（2+4+1.3）=0.547954.79水1.3/（2+4+1.3）=0.178117.81总计1.000100.0设甲醇的转化率为XA，甲醛的收率为YP，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nA、nP和nc分别为：nA=nA0（1-XA）=7.672 molnP=n

2、A0YP=18.96 molnC=nA0（XA-YP）=0.7672 mol结合上述反应的化学计量式，水（nW）、氧气（nO）和氮气（nN）的摩尔数分别为：nW=nW0+nP+2nC=38.30 molnO=nO0-1/2nP-3/2nC=0.8788 molnN=nN0=43.28 mol所以，反应器出口气体组成为：摩尔数（mol）摩尔分率%7.6726.983HCHO18.9617.26H2O38.334.87CO20.76720.6983O20.87880.7999N243.2839.391. 1. 2工业上采用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

3、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，可凝组份变为液体即为粗甲醇，不凝组份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循环压缩原料气 Bkg/h 粗甲醇 Akmol/h 100kmol 放空气体原料气和冷凝分离后的气体组成如下：（mol）原料气冷凝分离后的气体CO26.8215.49H268.2569.781.460.82CH40.553.622.9210.29粗甲醇的组成为CH3OH 89.15%,（CH3）2O 3.55%,C3H9OH 1.10%,H2O 6.20%,均为重量百

4、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1kg粗甲醇而言，其溶解量为CO2 9.82g,CO 9.38g,H2 1.76g,CH4 2.14g,N25.38g。若循环气与原料气之比为7.2（摩尔比），试计算： 一氧化碳的单程转换率和全程转化率； 甲醇的单程收率和全程收率。（1）设新鲜原料气进料流量为100kmol/h，则根据已知条件，计算进料原料气组成以质量分率表示如下：摩尔质量yi0（mol%）Fi0（kmol/h）质量分率xi0%2872.05213.1446.164160.84437.844100其中xi=yiMi/yiMi。进料的平均摩

5、尔质量Mm=yiMi=10.42kg/kmol。经冷凝分离后的气体组成（亦即放空气体的组成）如下：摩尔分率yi其中冷凝分离后气体平均分子量为 Mm=yiMi=9.554又设放空气体流量为Akmol/h，粗甲醇的流量为Bkg/h。对整个系统的N2作衡算得：5.38B/281000+0.1029A=2.92 （A） 对整个系统就所有物料作衡算得：10010.42=B+9.554A （B） 联立（A）、（B）两个方程，解之得A=26.91kmol/h B=785.2kg/h反应后产物中CO摩尔流量为FCO=0.1549A+9.38B/（281000）将求得的A、B值代入得FCO=4.431 kmol/h故CO的全程转化率为由已知循环气与新鲜气之摩尔比，可得反应器出口处的CO摩尔流量为FCO,0=1000.2682+7.20.1549=138.4 kmol/h所以CO的单程转化率为产物粗甲醇所溶解的CO2、CO、H2、CH4和N2总量D为粗甲醇中甲醇的量为（B-D）X甲/Mm=（785.2-0.02848B） 0.8915/32=21.25 kmol/h所以，甲醇的全程收率为Y总=21.25/26.82=79.24%甲醇的单程收率为Y单=21.25/138.4=15.36%