化學(xué)反應(yīng)工程習(xí)題課1、2

1-1在銀催化劑上進(jìn)行甲醇的氧化反應(yīng)：2C H OH O 2HCHO 2H O3 2 22C H O H 3O 2C O 4H O3 2 2 2進(jìn)入反應(yīng)器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2：4：1.3（摩爾比72%69.2%。試計(jì)算反應(yīng)的選擇性；反應(yīng)器出口氣體的組成。1-1.解：反應(yīng)的選擇性為：Y 0.629S 0.9611 96.11%X 0.720=2：：1.（摩爾比100mol時(shí)，則反應(yīng)器的進(jìn)料組成為：、CH3CHOCO2、nPnC分別為：n nA0 A

(1xA

)7.672moln n YP A0

18.96moln nC A

(xA

Y)0.7672molP結(jié)合上述反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量式，H2（nW、O（n）和N（n）的摩爾數(shù)分別為：n n n 2n 38.30molW W0 P Cn n O O0

n 3nP 2

0.8788moln nN N

43.28mol所以，反應(yīng)器出口氣體組成為：1-3.在銀催化劑上進(jìn)行乙烯氧化反應(yīng)以生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，進(jìn)入催化反應(yīng)器的氣體組成（摩爾分?jǐn)?shù)）為：CH %；O2 4

,7%;

10%;A12%；其余為N2 r 2反應(yīng)器出口氣體中含（摩爾分?jǐn)?shù)）為：CH .1%；O2 4

,4.8%。試計(jì)算乙烯的轉(zhuǎn)化率、環(huán)氧乙烷收率的反應(yīng)選擇性。1-3解：100molxy題目給的進(jìn)料組成和化學(xué)計(jì)量關(guān)系列式：CH 1O2 4 2

C2

O （1）4CH 3O2 4

2CO2

2

O（2）2可列出下表：由于反應(yīng)器出口氣體中乙烯和氧的摩爾分?jǐn)?shù)已知，所以可列出下面兩個(gè)方程：15xy

7x3y 20.131 及 2 2 0.048100x 100x2 2解得：x=1.504mol y=0.989mol乙烯的轉(zhuǎn)化量為：1.504+0.989/2=1.999mol所以，乙烯的轉(zhuǎn)化率為：1.999/15=13.33%環(huán)氧乙烷的收率為：1.504/15=10.03%反應(yīng)的選擇性為：S=0.1003/.1333=75.24%1-5空氣及水蒸氣的混合氣體在磷鉬鉍催化劑上進(jìn)行氧化脫氫，其主要反應(yīng)為：1HCCHCH22

O 3 2 2

HCCHCH 2

HO2 20.2026MPa下進(jìn)行。根據(jù)分析，得到反應(yīng)前后的物料組成（摩爾分?jǐn)?shù)）如下。組成組成反應(yīng)前/% 反應(yīng)后/% 組成反應(yīng)前/% 反應(yīng)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(jī)酸—0.20正戊烷0.020.02酮、醛—0.10氧7.170.64根據(jù)表中的數(shù)據(jù)計(jì)算正丁烯的轉(zhuǎn)化率、丁二烯的收率以及反映的選擇性。1-5解：由丁二烯氧化反應(yīng)可知，反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)混合物的總物質(zhì)的量發(fā)生變化。如果進(jìn)料為100mol，則由氮平衡可算出反應(yīng)后混合氣的量為：27.0100 103.4mol26.1其中，正丁烯的量=103.4×0.017=1.758mol丁二烯的量=103.4×0.0445=4.60mol若以反應(yīng)器進(jìn)料為基準(zhǔn)，則正丁烯的轉(zhuǎn)化率7.051.758X7.05丁二烯的收率4.60.06Y7.05

75.1%64.4%丁二烯的選擇性YS

0.644

85.75%X 0.7511-6.甲醛和乙炔在催化劑的作用下生成丁炔二醇。在滴流床反應(yīng)器中進(jìn)行，原料分離回收循環(huán)操作。某工廠生產(chǎn)中測(cè)的數(shù)據(jù)如下：反應(yīng)器的甲醇含量為10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，出反應(yīng)器的甲醇含量為1.6%0，出口含量為7.65%計(jì)算此反應(yīng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)化率、選擇性、單程收率和總收率設(shè)原料的進(jìn)料量為100Kg/h，則有質(zhì)量守恒，出反應(yīng)器的量也為100Kg/h，則出反應(yīng)器的HCHO為1.6Kg/h，C4H6O2為7.65Kg/h：轉(zhuǎn)化率101.6X 100%8410單程收率

7.652y86 100%53.371030總收率

7Y 86

2100%63.54%101.630選擇性

y 53.37%S 100%63.54%X 84%解：A的消耗速率應(yīng)為兩反應(yīng)速率之和，即R rA R

2rD

1.6CA

16.4CA

1.6C

10.25C )A A由 R dCA dtdC 得 Adt

1.6

10.25C )A A對(duì)上式積分：1

10.25

(1X

1 )A 10.25C1.6t

CA(C CA0

10.25CA

)dC1

ln(1X

)lnA 1 1 10.25C

A00.6332 A0t 0.3958h1.6（1）由題意可將反應(yīng)速率表示為:A2BC4D對(duì)于恒容過(guò)程，則有

r kC CC A BC AC

X )A0 A2C XB B0 A0 AP C A0

0.10130.2

2.382103mol/LA0 RT 8.3141031023C 4CB0 A

42.382103

9.528103mol/L當(dāng)X 0.8 時(shí)A0C A

A0

)2.3821030.24.767104mol/LAC CB B

2C XA0

9.52810322.3821030.85.717103mol/LR r

kC CA

24.7641045.717103

5.447106mol/LR 4r 45.4471062.179105mol/LC（2）對(duì)于恒壓過(guò)程，是個(gè)變?nèi)莘磻?yīng)過(guò)程，由（2.49）式可求得總摩爾數(shù)的變化 1412 t 2A 1A1反應(yīng)物A的原始分率：

y A0 14

0.2由（2.52）式可求得轉(zhuǎn)化率為80%時(shí)的濃度：CC A

X A

2.3821030.8)

3.609104mol/LA 1

y XA A0

120.20.8C 2C X

9.528103

22.3821030.8C B0B 1

A0 Ay XA A0 A

120.20.8

4.331105mol/Lr kC CA A

23.0691044.3311053.126106mol/LR rC

3.126106mol/L2-8解：在初始濃度相同的條件下，有：kt kt11 22又X 0.5A

k

ERT則 X 0.9A代入數(shù)據(jù)，得

E98.074kJ/mol2-13解：對(duì)二級(jí)反應(yīng) ABPdC有 r A dt

kC CA

(C CA B0 A

C )A對(duì)上式積分

t 1k(C C B0 A0

ln(

1XB)1XAM

C CB0 A

1 時(shí) C

2CC B0 A0A0k E 1 1當(dāng) ln 1 ( )

X 0.25

t 5.4103hk RT T T B1 12 2 11 1 t當(dāng)ER( )ln 2 時(shí) X

0.45 t

2.27102hT T t B2 21 2 1當(dāng) X 0.99 時(shí) X 0.495 t 5.23102hA B3 3C