反应工程课后答案第二版

1 绪 论 1.1 在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应： 3222CH OHO2HCHO2H O 32222CH OH3O2CO4H O 进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为69.2%。试计算 （1）反应的选择性； （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： 0.629YS0.961196.11%X0.720 （2）进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（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) CH3OH 2/（2+4+1.3）=0.2740 27.40 空气 4/（2+4+1.3）=0.5479 54.79 水 1.3/（2+4+1.3）=0.1781 17.81 总计 1.000 100.0 设甲醛的生成量为x，CO2的生成量为y，则反应器出口处组成为： 组分 摩尔数 n(mol) CH3OH 27.40-x-y 空气 54.79-x/2-3y/2 水 17.81+x+2y HCHO x CO2 y 总计 100+x/2+y/2 由甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为69.2%得： 2yx =72%; 4.2 7x=69.2% 解得 x=18.96; y=0.77 所以，反应器出口气体组成为： CH3OH: %1 0 0221 0 04.2 7yxyx=6.983% 空气： %1 0 0221 0 02327 9.5 4yxyx=40.19% 水： %1 0 0221 0 028 1.1 7yxyx=34.87% HCHO: %1 0 0221 0 0yxx=17.26% CO2: %1 0 0221 0 0yxy=0.6983% 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： 23CO2HCH OH 23222CO4H(CH ) OH O 242CO3HCHH O 24924CO8HC H OH3H O 222COH OCOH 由于化学平衡的限制，反应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 原料气 100kmol 放空气体 粗甲醇Bkg/h Akmol/h 原料气和冷凝分离后的气体组成如下： 组分 原料气 冷凝分离后的气体 CO 26.82 15.49 H2 68.25 69.78 CO2 1.46 0.82 循环压缩 合成 冷凝分离 CH4 0.55 3.62 N2 2.92 10.29 粗甲醇的组成为CH3OH 89.15%,(CH3)2O 3.55%,C3H9OH 1.10%,H2O 6.20%,均为重量百分率。在操作压力及温度下，其余组分均为不凝组分，但...