化學反應工程作業(yè)

1、會計學1化學反應工程作業(yè)化學反應工程作業(yè)第1頁/共23頁反應器出口組成如下：反應器出口組成如下：CH3OH ：27.397(1-72%)=7.671molCH2O ：27.39769.2%=18.959molCO2： 27.39772%-18.959=0.767molH2O ：18.959+0.767 2+17.808=38.01molO2：11.468-18.959/2-1.5 0.767=0.838molN2：42.756mol組成組成物質的量物質的量ni0(mol)CH3OH27.397H2O17.808O211.468N242.756注：空氣中注：空氣中 O2占占20.93% N2占占

2、78.03%解：解：（1）反應選擇率）反應選擇率 S=Y/x=69.2%/72%=96.11%（2）設進入反應器的原料量為）設進入反應器的原料量為100mol，反應，反應器進料組成如下：器進料組成如下：O4H2COO3OH2CHO2H2HCHOOOH2CH2223223 第1頁/共23頁第2頁/共23頁組成組成物質的量物質的量ni(mol)摩爾分數(shù)摩爾分數(shù)yi(%)CH3OH7.6717.02HCHO18.95917.35CO20.7670.702H2O38.30135.04O20.8380.767N242.75639.12小計小計109.2921第2頁/共23頁第3頁/共23頁1-2 甲醇合

3、成過程中含有組分甲醇合成過程中含有組分CO、 CO2、H2、CH3OH、H2O、N2和和CH4。已知反應。已知反應器進口各組分的摩爾分數(shù)器進口各組分的摩爾分數(shù)yi0, i代表各組分代表各組分。取。取CO和和CO2加氫反應為關鍵反應，分別加氫反應為關鍵反應，分別導出導出: （1）出口氣體中關鍵組分摩爾分數(shù)為）出口氣體中關鍵組分摩爾分數(shù)為yCO2和和yCO時；時； （2）出口氣體中關鍵組分摩爾分數(shù)為）出口氣體中關鍵組分摩爾分數(shù)為yCH3OH和和yCO2時時, 其余各組分摩爾分數(shù)的計算表達式。其余各組分摩爾分數(shù)的計算表達式。第3頁/共23頁第4頁/共23頁OHCOHCOOHOHCH3HCOOHCH2

4、HCO222232232 (1)(2)(3)解：取解：取CO和和CO2加氫反應為關鍵反應，反應方程式為：加氫反應為關鍵反應，反應方程式為： 其中其中(2) (1) (3) ，故可取，故可取(1) 、(2) 或或(1) 、(3) 為關鍵為關鍵反應式。反應式。第4頁/共23頁第5頁/共23頁進口進口出口出口組分組分摩爾分摩爾分率率摩爾流摩爾流量量摩爾流量摩爾流量摩爾分摩爾分率率COCO2H2CH3OHH2ON2CH4小計小計11(1) 出口氣體中關鍵組分摩爾分數(shù)為出口氣體中關鍵組分摩爾分數(shù)為yCO2和和yCO，取取1、2反應。反應。0COy02COy02Hy02OHy02Ny04CHyCOy2CO

5、y2HyOHy22Ny4CHyOHCHy300COTyN002COTyN002HTyN002OHTyN002NTyN004CHTyN0TNCOTyN2COTyN)( 3)( 2222000000COTCOTCOTCOTHTyNyNyNyNyN 002NTyN004CHTyN)()(223000000COTCOTCOTCOTOHCHTyNyNyNyNyN 2220000COTCOTOHTyNyNyN )( 22200000COTCOTCOTCOTTTyNyNyNyNNN 03OHCHy003OHCHTyN第5頁/共23頁第6頁/共23頁00022221221COCOCOCOTTyyyyNN )(

6、 22200000COTCOTCOTCOTTTyNyNyNyNNN 由由可得可得00000000000000000000004224222222222222233222222221221221221221)(221 (221)()(32)32(221221CHCOCOCOCOCHNCOCOCOCONCOCOCOCOOHCOCOOHCOCOCOCOCOCOOHCHOHCHCOCOCOCOHCOCOCOCOHyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy 第6頁/共23頁第7頁/共23頁進口進口出口出口組分組分摩爾分摩爾分率率摩爾流摩爾流量量摩爾流量摩爾流量摩爾分摩爾

7、分率率COCO2H2CH3OHH2ON2CH4小計小計11(2) 出口氣體中關鍵組分摩爾分數(shù)為出口氣體中關鍵組分摩爾分數(shù)為yCH3OH 和和yCO20COy02COy02Hy02OHy02Ny04CHyCOy2COy2HyOHy22Ny4CHyOHCHy300COTyN002COTyN002HTyN002OHTyN002NTyN004CHTyN0TN2233000000)(COTCOTOHCHTOHCHTCOTyNyNyNyNyN 2COTyN)()( 222332000000COTCOTOHCHTOHCHTHTyNyNyNyNyN 002NTyN004CHTyNOHCHTyN32220000

8、COTCOTOHTyNyNyN OHCHTOHCHTTTyNyNNN3322000 03OHCHy003OHCHTyN第7頁/共23頁第8頁/共23頁000000000000003344332223322223233323332322212121212121)()(212122121)2(OHCHOHCHCHCHOHCHOHCHNNCOOHCHOHCHCOOHOHCOOHCHCOOHCHCOOHCHOHCHCOCOOHCHOHCHOHCHCOOHCHHHyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy OHCHTOHCHTTTyNyNNN3322000 00332121OHCHOH

9、CHTTyyNN 得得第8頁/共23頁第9頁/共23頁OHOHCH3HCOOHCH2HCO232232 第9頁/共23頁第10頁/共23頁232210COOHCHTTyyNN 得得)21 ()21 ()21)()(21 (2)21)(3443222322223232332220000000OHCHCHCHOHCHNNCOOHCHCOOHOHCOOHCHCOCOOHCHCOCOOHCHOHCHCOHHyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy 23220COTOHCHTTTyNyNNN 由由第10頁/共23頁第11頁/共23頁1-3 確定下列反應物系的獨立反應數(shù)。確定下列反應物系的獨立反應數(shù)

10、。(1)CO、CO2、H2、CH3OH、H2O、CH4、CH3OCH3、 C4H9OH、N2H、C、O、N(2) CO2、MgO、CaO、MgCO3、CaCO3 Ca、Mg、C、O第11頁/共23頁第12頁/共23頁解解(1)：寫出原子：寫出原子矩陣矩陣NOCHrccNOCHNOHNOH29433423222943342322 HC OCHCH CH OHOHCHCOCOH131 HC OCHCH CH OHOHCHHCOCOji2000000000110112100421011100532120012/ 1,2000000000110110210421010110106424200 第12頁

11、/共23頁第13頁/共23頁NOCHccNOCHrrrNOCHrrOHNNOHNOHOHCH HC OCHCH CH OHCOCOH94 HC OCHCH CH OHOHCHCOCOH432 HC OCHCH CH OHOHCHCOCOH233943342222294334232229433423220000010000311101001732100102532100011000000000311101000732110100532120012/ 1200000000031110100042101110053212001 第13頁/共23頁第14頁/共23頁 由此可知，矩陣由此可知，矩陣ji的

12、秩為的秩為4，而反應組分數(shù)為，而反應組分數(shù)為9，因此獨立反應數(shù)等于因此獨立反應數(shù)等于945。 若選定若選定H2O、CH4、 CH3OCH3 、 C4H9OH、 CH3OH為為關鍵組分關鍵組分,5個獨立反應的各計量系數(shù)向量可表示為：個獨立反應的各計量系數(shù)向量可表示為： TTTTT1 , 0 , 0 , 0 , 0 ,0 , 1 , 0 , 0 , 0 ,0 , 0 , 1 , 0 , 0,0 , 0 , 0 , 1 , 0 ,0 , 0 , 0 , 0 , 1 ,453525155443424144433323133423222122413121111 010000010000010000010

13、000010000010000311101001732100102532100014544434241353433323125242322211514131211OHCH HC OCHCH CH OHCOCOH3943342222 NOCHOHN第14頁/共23頁第15頁/共23頁可得出可能的反應方程式為：可得出可能的反應方程式為：010000010000010000010000010000010000311101001732100102532100014544434241353433323125242322211514131211OHCH HC OCHCH CH OHCOCOH3943342

14、222 NOCHOHNOHCHCOHOHHCCOCOHOCHCHCOCOHCHCOCOHOHCOCOH32942233224222223753322 第15頁/共23頁第16頁/共23頁OCrrrrrrMgCaOCMgCa 00000101000101011001)2 (,33112110010101010100123413CaCOMgCOCaOMgO2COji33 解解(2)：寫出原子：寫出原子矩陣矩陣第16頁/共23頁第17頁/共23頁 TT1 , 0 ,0 , 1 ,32221213121111 100100000101000101011001323122211211CaCOMgCOCa

15、OMgO2CO33 可得出可能的反應方程式為：可得出可能的反應方程式為：-1 -1 0 0 1CO2+MgO = MgCO3-1 0 -1 0 1CO2+ CaO = CaCO3 由此可知，矩陣由此可知，矩陣ji的秩為的秩為3，而反應組分數(shù)為，而反應組分數(shù)為5，因此獨立反應數(shù)等于因此獨立反應數(shù)等于532。 若選定若選定MgCO3和和CaCO3為關鍵組分為關鍵組分,兩個獨立反應兩個獨立反應的各計量系數(shù)向量可表示為：的各計量系數(shù)向量可表示為：第17頁/共23頁第18頁/共23頁;AAVAWARdNdNk fk fdVdW 證證 明明 ( (1 1) )：AARbbRbW ARbRiiiAAppRp

16、W AVvRvipvivRbWpWvdNdNVWdVdWk fdWdVV SSSdNdNWdVdWk fdWSSdVSSSSkkkS 或或 者者1-5第18頁/共23頁第19頁/共23頁gCgPgfgwyRTkRT kRT kRT kkP 2AACACCAyAggdNPyPk Ckkyk ydWRTRT ,fp又又 ， 理理 想想 氣氣 體體 ，接接 近近 于于 所所 以以 有有Aw AfACAACACAP AggdNk fk fdWkdNPk CkPk PdWRTRT 證證 明明 ( (2 2) )：第19頁/共23頁第20頁/共23頁00022221221COCOCOCOTTyyyyNN

17、)( 22200000COTCOTCOTCOTTTyNyNyNyNNN 由由可得可得00000000000000000000004224222222222222233222222221221221221221)(221 (221)()(32)32(221221CHCOCOCOCOCHNCOCOCOCONCOCOCOCOOHCOCOOHCOCOCOCOCOCOOHCHOHCHCOCOCOCOHCOCOCOCOHyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy 第20頁/共23頁第21頁/共23頁232210COOHCHTTyyNN 得得)21 ()21 ()21)()(21 (2)21)(344322232222323233222