李紹芬反應工程第二版答案

1、1 緒 論1.1在銀催化劑上進行甲醇氧化為甲醛的反應： 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： （2）進入反應器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=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)ch3oh2/（2+4+1.3）=0.274027.40空氣4/（2+4+1.3）=

2、0.547954.79水1.3/（2+4+1.3）=0.178117.81總計1.000100.0設甲醇的轉化率為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=na0(1-xa)=7.672 molnp=na0yp=18.96 molnc=na0(xa-yp)=0.7672 mol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=nw0+np+2nc=38.30 molno=no0-1/2np-3/2nc=0.8788 molnn=nn0=43.28 mol所以，反應器出口氣體組成

3、為：組分摩爾數(shù)（mol）摩爾分率%ch3oh7.6726.983hcho18.9617.26h2o38.334.87co20.76720.6983o20.87880.7999n243.2839.39  1. 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：  由于化學平衡的限制，反應過程中一氧化碳不可能全部轉化成甲醇，為了提高原料的利用率，生產上采用循環(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。下圖是生產流程示意圖

4、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ch3oh 89.15%,(ch3)2o 3.55%,c3h9oh 1.10%,h2o 6.20%,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co2 9.82g,co 9.38g,h2 1.76g,ch

5、4 2.14g,n25.38g。若循環(huán)氣與原料氣之比為7.2（摩爾比），試計算：（1） （1）   一氧化碳的單程轉換率和全程轉化率；（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量分率表示如下：組分摩爾質量yi0(mol%)fi0(kmol/h)質量分率xi0%co2826.8226.8272.05h2268.2568.2513.1co2441.461.466.164ch4160.550.550.8443n2282.922.927.844總計 10010

6、0100其中xi=yimi/yimi。進料的平均摩爾質量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 mm=yimi=9.554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：5.38b/28×1000+0.1029a=2.92 (a) 對整個系統(tǒng)就所有物料作衡算得：100×10.42=b+9.554a (b) 聯(lián)立（a）、（b

7、）兩個方程，解之得a=26.91kmol/h b=785.2kg/h反應后產物中co摩爾流量為fco=0.1549a+9.38b/(28×1000)將求得的a、b值代入得fco=4.431 kmol/h故co的全程轉化率為由已知循環(huán)氣與新鮮氣之摩爾比，可得反應器出口處的co摩爾流量為fco,0=100×0.2682+7.2×100×0.1549=138.4 kmol/h所以co的單程轉化率為產物粗甲醇所溶解的co2、co、h2、ch4和n2總量d為粗甲醇中甲醇的量為(b-d)x甲/mm=(785.2-0.02848b) ×0.8915/32=2

8、1.25 kmol/h所以，甲醇的全程收率為y總=21.25/26.82=79.24%甲醇的單程收率為y單=21.25/138.4=15.36%1 緒 論1.1在銀催化劑上進行甲醇氧化為甲醛的反應： 進入反應器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2：4：1.3（摩爾比），反應后甲醇的轉化率達72%，甲醛的收率為69.2%。試計算（3） （1）   反應的選擇性；（4） （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： （2）進入反應器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2：4：1.3（摩爾比），當進入反應器的總原料量為100mol時，

9、則反應器的進料組成為組分摩爾分率yi0摩爾數(shù)ni0(mol)ch3oh2/（2+4+1.3）=0.274027.40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=na0(1-xa)=7.672 molnp=na0yp=18.96 molnc=na0(xa-yp)=0.7672 mol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=nw0+n

10、p+2nc=38.30 molno=no0-1/2np-3/2nc=0.8788 molnn=nn0=43.28 mol所以，反應器出口氣體組成為：組分摩爾數(shù)（mol）摩爾分率%ch3oh7.6726.983hcho18.9617.26h2o38.334.87co20.76720.6983o20.87880.7999n243.2839.39  2. 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：  由于化學平衡的限制，反應過程中一氧化碳不可能全部轉化成甲醇，為了提高原料的利用率，生產上采用循環(huán)操作，即將反應

11、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ch3oh 89.15%,(ch3)2o 3.55%,c3h9oh 1.10%,h2o 6.20%,均為重量百分率。在操作壓力及溫度下，其余組分

12、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co2 9.82g,co 9.38g,h2 1.76g,ch4 2.14g,n25.38g。若循環(huán)氣與原料氣之比為7.2（摩爾比），試計算：（3） （1）   一氧化碳的單程轉換率和全程轉化率；（4） （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量分率表示如下：組分摩爾質量yi0(mol%)fi0(kmol/h)質量分率xi0%co2826.8226.8272.05h2268.2568.2

13、513.1co2441.461.466.164ch4160.550.550.8443n2282.922.927.844總計 100100100其中xi=yimi/yimi。進料的平均摩爾質量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 mm=yimi=9.554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：5.38b/28×1

14、000+0.1029a=2.92 (a) 對整個系統(tǒng)就所有物料作衡算得：100×10.42=b+9.554a (b) 聯(lián)立（a）、（b）兩個方程，解之得a=26.91kmol/h b=785.2kg/h反應后產物中co摩爾流量為fco=0.1549a+9.38b/(28×1000)將求得的a、b值代入得fco=4.431 kmol/h故co的全程轉化率為由已知循環(huán)氣與新鮮氣之摩爾比，可得反應器出口處的co摩爾流量為fco,0=100×0.2682+7.2×100×0.1549=138.4 kmol/h所以co的單程轉化率為產物粗甲醇所溶解的co

15、2、co、h2、ch4和n2總量d為粗甲醇中甲醇的量為(b-d)x甲/mm=(785.2-0.02848b) ×0.8915/32=21.25 kmol/h所以，甲醇的全程收率為y總=21.25/26.82=79.24%甲醇的單程收率為y單=21.25/138.4=15.36%1 緒 論1.1在銀催化劑上進行甲醇氧化為甲醛的反應： 進入反應器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2：4：1.3（摩爾比），反應后甲醇的轉化率達72%，甲醛的收率為69.2%。試計算（5） （1）   反應的選擇性；（6） （2）   反應器出口氣體的組成。解：（1）由（

16、1.7）式得反應的選擇性為： （2）進入反應器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=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)ch3oh2/（2+4+1.3）=0.274027.40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=na0(1-xa)=7.672 molnp=na0yp=18.96 mol

17、nc=na0(xa-yp)=0.7672 mol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=nw0+np+2nc=38.30 molno=no0-1/2np-3/2nc=0.8788 molnn=nn0=43.28 mol所以，反應器出口氣體組成為：組分摩爾數(shù)（mol）摩爾分率%ch3oh7.6726.983hcho18.9617.26h2o38.334.87co20.76720.6983o20.87880.7999n243.2839.39  3. 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

18、反應如下：  由于化學平衡的限制，反應過程中一氧化碳不可能全部轉化成甲醇，為了提高原料的利用率，生產上采用循環(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

19、ch3oh 89.15%,(ch3)2o 3.55%,c3h9oh 1.10%,h2o 6.20%,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co2 9.82g,co 9.38g,h2 1.76g,ch4 2.14g,n25.38g。若循環(huán)氣與原料氣之比為7.2（摩爾比），試計算：（5） （1）   一氧化碳的單程轉換率和全程轉化率；（6） （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量

20、分率表示如下：組分摩爾質量yi0(mol%)fi0(kmol/h)質量分率xi0%co2826.8226.8272.05h2268.2568.2513.1co2441.461.466.164ch4160.550.550.8443n2282.922.927.844總計 100100100其中xi=yimi/yimi。進料的平均摩爾質量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

21、 mm=yimi=9.554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：5.38b/28×1000+0.1029a=2.92 (a) 對整個系統(tǒng)就所有物料作衡算得：100×10.42=b+9.554a (b) 聯(lián)立（a）、（b）兩個方程，解之得a=26.91kmol/h b=785.2kg/h反應后產物中co摩爾流量為fco=0.1549a+9.38b/(28×1000)將求得的a、b值代入得fco=4.431 kmol/h故co的全程轉化率為由已知循環(huán)氣與新鮮氣之摩爾比，可得反應器出口處的co摩爾流量為fco,0=100

22、×0.2682+7.2×100×0.1549=138.4 kmol/h所以co的單程轉化率為產物粗甲醇所溶解的co2、co、h2、ch4和n2總量d為粗甲醇中甲醇的量為(b-d)x甲/mm=(785.2-0.02848b) ×0.8915/32=21.25 kmol/h所以，甲醇的全程收率為y總=21.25/26.82=79.24%甲醇的單程收率為y單=21.25/138.4=15.36%1 緒 論1.1在銀催化劑上進行甲醇氧化為甲醛的反應： 進入反應器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2：4：1.3（摩爾比），反應后甲醇的轉化率達72%，甲醛的收率為69

23、.2%。試計算（7） （1）   反應的選擇性；（8） （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： （2）進入反應器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=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)ch3oh2/（2+4+1.3）=0.274027.40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設甲醇的轉化率為xa，甲醛的收率為yp，根據(jù)（1.3）和（1.5）式可

24、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=na0(1-xa)=7.672 molnp=na0yp=18.96 molnc=na0(xa-yp)=0.7672 mol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=nw0+np+2nc=38.30 molno=no0-1/2np-3/2nc=0.8788 molnn=nn0=43.28 mol所以，反應器出口氣體組成為：組分摩爾數(shù)（mol）摩爾分率%ch3oh7.6726.983hcho18.9617.26h2o38.334.87co20.76720.6983o20.87880.7

25、999n243.2839.39  4. 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：  由于化學平衡的限制，反應過程中一氧化碳不可能全部轉化成甲醇，為了提高原料的利用率，生產上采用循環(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  原料氣和冷凝分離后的氣體組成如下：（mol）組分原料氣

26、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ch3oh 89.15%,(ch3)2o 3.55%,c3h9oh 1.10%,h2o 6.20%,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co2 9.82g,co 9.38g,h2 1.76g,ch4 2.14g,n25.38g。若循環(huán)氣與原料氣之比為7.2（摩爾比），試計算：（7） （1）   一氧化碳的單程轉換率和全程轉化率；（8） （2）

27、   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量分率表示如下：組分摩爾質量yi0(mol%)fi0(kmol/h)質量分率xi0%co2826.8226.8272.05h2268.2568.2513.1co2441.461.466.164ch4160.550.550.8443n2282.922.927.844總計 100100100其中xi=yimi/yimi。進料的平均摩爾質量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：組分摩爾質量摩爾分率

28、yico2815.49h2269.78co2440.82ch4163.62n22810.29總計 100其中冷凝分離后氣體平均分子量為 mm=yimi=9.554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：5.38b/28×1000+0.1029a=2.92 (a) 對整個系統(tǒng)就所有物料作衡算得：100×10.42=b+9.554a (b) 聯(lián)立（a）、（b）兩個方程，解之得a=26.91kmol/h b=785.2kg/h反應后產物中co摩爾流量為fco=0.1549a+9.38b/(28×1000)將求得的a

29、、b值代入得fco=4.431 kmol/h故co的全程轉化率為由已知循環(huán)氣與新鮮氣之摩爾比，可得反應器出口處的co摩爾流量為fco,0=100×0.2682+7.2×100×0.1549=138.4 kmol/h所以co的單程轉化率為產物粗甲醇所溶解的co2、co、h2、ch4和n2總量d為粗甲醇中甲醇的量為(b-d)x甲/mm=(785.2-0.02848b) ×0.8915/32=21.25 kmol/h所以，甲醇的全程收率為y總=21.25/26.82=79.24%甲醇的單程收率為y單=21.25/138.4=15.36%1 緒 論1.1在銀催化

30、劑上進行甲醇氧化為甲醛的反應： 進入反應器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2：4：1.3（摩爾比），反應后甲醇的轉化率達72%，甲醛的收率為69.2%。試計算（9） （1）   反應的選擇性；（10） （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： （2）進入反應器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=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)ch3oh2/（2+4+1.3）=0.274027.40空氣4/（2+4+1.3）=0.547954.79

31、水1.3/（2+4+1.3）=0.178117.81總計1.000100.0設甲醇的轉化率為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=na0(1-xa)=7.672 molnp=na0yp=18.96 molnc=na0(xa-yp)=0.7672 mol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=nw0+np+2nc=38.30 molno=no0-1/2np-3/2nc=0.8788 molnn=nn0=43.28 mol所以，反應器出口氣體組成為：組分摩爾數(shù)（mol

32、）摩爾分率%ch3oh7.6726.983hcho18.9617.26h2o38.334.87co20.76720.6983o20.87880.7999n243.2839.39  5. 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：  由于化學平衡的限制，反應過程中一氧化碳不可能全部轉化成甲醇，為了提高原料的利用率，生產上采用循環(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。下圖是生產流程示意圖冷凝分離合成 原料氣

33、bkg/h 粗甲醇 akmol/h 循環(huán)壓縮100kmol 放空氣體  原料氣和冷凝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ch3oh 89.15%,(ch3)2o 3.55%,c3h9oh 1.10%,h2o 6.20%,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co2 9.82g,co 9.38g,h2 1.76g,ch4 2.14g,n25

34、.38g。若循環(huán)氣與原料氣之比為7.2（摩爾比），試計算：（9） （1）   一氧化碳的單程轉換率和全程轉化率；（10） （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量分率表示如下：組分摩爾質量yi0(mol%)fi0(kmol/h)質量分率xi0%co2826.8226.8272.05h2268.2568.2513.1co2441.461.466.164ch4160.550.550.8443n2282.922.927.844總計 100100100其中xi=y

35、imi/yimi。進料的平均摩爾質量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 mm=yimi=9.554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：5.38b/28×1000+0.1029a=2.92 (a) 對整個系統(tǒng)就所有物料作衡算得：100×10.42=b+9.554a (b) 聯(lián)立（a）、（b）兩個方程，解之得a

36、=26.91kmol/h b=785.2kg/h反應后產物中co摩爾流量為fco=0.1549a+9.38b/(28×1000)將求得的a、b值代入得fco=4.431 kmol/h故co的全程轉化率為由已知循環(huán)氣與新鮮氣之摩爾比，可得反應器出口處的co摩爾流量為fco,0=100×0.2682+7.2×100×0.1549=138.4 kmol/h所以co的單程轉化率為產物粗甲醇所溶解的co2、co、h2、ch4和n2總量d為粗甲醇中甲醇的量為(b-d)x甲/mm=(785.2-0.02848b) ×0.8915/32=21.25 kmol/

37、h所以，甲醇的全程收率為y總=21.25/26.82=79.24%甲醇的單程收率為y單=21.25/138.4=15.36%1 緒 論1.1在銀催化劑上進行甲醇氧化為甲醛的反應： 進入反應器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2：4：1.3（摩爾比），反應后甲醇的轉化率達72%，甲醛的收率為69.2%。試計算（11） （1）   反應的選擇性；（12） （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： （2）進入反應器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=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

38、成為組分摩爾分率yi0摩爾數(shù)ni0(mol)ch3oh2/（2+4+1.3）=0.274027.40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=na0(1-xa)=7.672 molnp=na0yp=18.96 molnc=na0(xa-yp)=0.7672 mol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=nw0+np+2nc=38

39、.30 molno=no0-1/2np-3/2nc=0.8788 molnn=nn0=43.28 mol所以，反應器出口氣體組成為：組分摩爾數(shù)（mol）摩爾分率%ch3oh7.6726.983hcho18.9617.26h2o38.334.87co20.76720.6983o20.87880.7999n243.2839.39  6. 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：  由于化學平衡的限制，反應過程中一氧化碳不可能全部轉化成甲醇，為了提高原料的利用率，生產上采用循環(huán)操作，即將反應后的氣體冷卻，可

40、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ch3oh 89.15%,(ch3)2o 3.55%,c3h9oh 1.10%,h2o 6.20%,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

41、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co2 9.82g,co 9.38g,h2 1.76g,ch4 2.14g,n25.38g。若循環(huán)氣與原料氣之比為7.2（摩爾比），試計算：（11） （1）   一氧化碳的單程轉換率和全程轉化率；（12） （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量分率表示如下：組分摩爾質量yi0(mol%)fi0(kmol/h)質量分率xi0%co2826.8226.8272.05h2268.2568.2513.1c

42、o2441.461.466.164ch4160.550.550.8443n2282.922.927.844總計 100100100其中xi=yimi/yimi。進料的平均摩爾質量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 mm=yimi=9.554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：5.38b/28×1000+0.

43、1029a=2.92 (a) 對整個系統(tǒng)就所有物料作衡算得：100×10.42=b+9.554a (b) 聯(lián)立（a）、（b）兩個方程，解之得a=26.91kmol/h b=785.2kg/h反應后產物中co摩爾流量為fco=0.1549a+9.38b/(28×1000)將求得的a、b值代入得fco=4.431 kmol/h故co的全程轉化率為由已知循環(huán)氣與新鮮氣之摩爾比，可得反應器出口處的co摩爾流量為fco,0=100×0.2682+7.2×100×0.1549=138.4 kmol/h所以co的單程轉化率為產物粗甲醇所溶解的co2、co、h

44、2、ch4和n2總量d為粗甲醇中甲醇的量為(b-d)x甲/mm=(785.2-0.02848b) ×0.8915/32=21.25 kmol/h所以，甲醇的全程收率為y總=21.25/26.82=79.24%甲醇的單程收率為y單=21.25/138.4=15.36%1 緒 論1.1在銀催化劑上進行甲醇氧化為甲醛的反應： 進入反應器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2：4：1.3（摩爾比），反應后甲醇的轉化率達72%，甲醛的收率為69.2%。試計算（13） （1）   反應的選擇性；（14） （2）   反應器出口氣體的組成。解：（1）由（1.7）

45、式得反應的選擇性為： （2）進入反應器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=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)ch3oh2/（2+4+1.3）=0.274027.40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=na0(1-xa)=7.672 molnp=na0yp=18.96 molnc=n

46、a0(xa-yp)=0.7672 mol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=nw0+np+2nc=38.30 molno=no0-1/2np-3/2nc=0.8788 molnn=nn0=43.28 mol所以，反應器出口氣體組成為：組分摩爾數(shù)（mol）摩爾分率%ch3oh7.6726.983hcho18.9617.26h2o38.334.87co20.76720.6983o20.87880.7999n243.2839.39  7. 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：  由于化學平衡的限制，反應