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《《反應工程》第二版_(李紹芬_課后答案》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、課后學習網(wǎng)1緒論1.1在銀催化劑上進行甲醇氧化為甲醛的反應:2CHOH2C2CHOHHOH+O→2HCHO+2HO3222CHOH2C2CHOHHOH+3O→2CO+4HO3222進入反應器的原料氣中,甲醇:空氣:水蒸氣=2:4:1.3(摩爾比),反應后甲醇的轉(zhuǎn)化率達72%,甲醛的收率為69.2%。試計算(1)(1)反應的選擇性;(2)(2)反應器出口氣體的組成。解:(1)由(1.7)式得反應的選擇性為:Y0.629S===0.961196.11%=X0.720(2)進入反應器的原料氣中,甲醇:空氣:水蒸
2、氣=2:4:1.3(摩爾比),當進入反應器的總原料量為100mol時,則反應器的進料組成為組分摩爾分率yi0摩爾數(shù)ni0(mol)CH3O2/(2+4+1.3)=0.274027.40H空氣4/(2+4+1.3)=0.547954.79水1.3/(2+4+1.3)=0.178117.81總計1.000100.0設甲醇的轉(zhuǎn)化率為XA,甲醛的收率為YP,根據(jù)(1.3)和(1.5)式可得反應器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩爾數(shù)nA、nP和nc分別為:nA=n==nnA0AA00(1-X((1-X1-XA)=7.6
3、72))=7.672=7.672molmmololnP=n==nnA0AA00YP=18.96==18.9618.96molmmololnC=n==nnA0AA00(X((XXA-Y--YYP)=0.7672))=0.7672=0.7672molmmolol結合上述反應的化學計量式,水(nW)、氧氣(nO)和氮氣(nN)的摩爾數(shù)分別為:nW=n==nnW0+n++nnP+2n++2n2nC=38.30==38.3038.30molmmololnO=n==nnO0OO00-1/2n--1/2n1/2nP-3
4、/2n--3/2n3/2nC=0.8788==0.87880.8788molmmololnN=n==nnN0NN00=43.28==43.2843.28molmmolol所以,反應器出口氣體組成為:組分摩爾數(shù)(mol)摩爾分率%CH3O7.6726.983HHCHO18.9617.26H2O38.334.87CO20.76720.6983O20.87880.7999N243.2839.391.1.2工業(yè)上采用銅鋅鋁催化劑由一氧化碳和氫合成甲醇,其主副反應如下:COCCOO+2H?CHOH23課后學習網(wǎng)2C
5、O2C2COO+4H?(CH)O+HO2322COCCOO+3H?CH+HO2424CO4C4COO+8H?CHOH+3HO2492COCCOO+HO?CO+H222由于化學平衡的限制,反應過程中一氧化碳不可能全部轉(zhuǎn)化成甲醇,為了提高原料的利用率,生產(chǎn)上采用循環(huán)操作,即將反應后的氣體冷卻,可凝組份變?yōu)橐后w即為粗甲醇,不凝組份如氫氣及一氧化碳等部分放空,大部分經(jīng)循環(huán)壓縮機后與原料氣混合返回合成塔中。下圖是生產(chǎn)流程示意圖冷凝分離合成原料氣Bkg/h粗甲醇Akmol/h循環(huán)壓縮100kmol放空氣體原料氣和冷凝
6、分離后的氣體組成如下:(mol)組分原料氣冷凝分離后的氣體CO26.8215.49H268.2569.78CO21.460.82CH40.553.62N22.9210.29粗甲醇的組成為CH3OH89.15%,(CH3)2O3.55%,C3H9OH1.10%,H2O6.20%,均為重量百分率。在操作壓力及溫度下,其余組分均為不凝組分,但在冷凝冷卻過程中可部分溶解于粗甲醇中,對1kg粗甲醇而言,其溶解量為CO29.82g,CO9.38g,H21.76g,CH42.14g,N25.38g。若循環(huán)氣與原料氣之比
7、為7.2(摩爾比),試計算:(1)(1)一氧化碳的單程轉(zhuǎn)換率和全程轉(zhuǎn)化率;(2)(2)甲醇的單程收率和全程收率。解:(1)設新鮮原料氣進料流量為100kmol/h,則根據(jù)已知條件,計算進料原料氣組成以質(zhì)量分率表示如下:組分摩爾質(zhì)量yi0(mol%)Fi0(kmol/h)質(zhì)量分率xi0%CO2826.8226.8272.05H2268.2568.2513.1CO2441.461.466.164CH4160.550.550.8443N2282.922.927.844總計100100100課后學習網(wǎng)其中xi=y
8、iMi/∑yiMi。進料的平均摩爾質(zhì)量Mm=∑yiMi=10.42kg/kmol。經(jīng)冷凝分離后的氣體組成(亦即放空氣體的組成)如下:組分摩爾質(zhì)量摩爾分率yiCO2815.49H2269.78CO2440.82CH4163.62N22810.29總計100其中冷凝分離后氣體平均分子量為M’m=∑yiMi=9.554==9.5549.554又設放空氣體流量為Akmol/h,粗甲醇的流量為Bkg/h。對整個系統(tǒng)的N2作衡算得:5.3