化学反应工程习题课1、2

1、1-1在银催化剂上进行甲醇的氧化反应：2CHOH+OT2HCHO+2HO3222CHOH+3Ot2CO+4HO3222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。1-1.解：（1）反应的选择性为：Y0.629S=0.9611=96.11%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：组摩尔分率呦摩尔数CHSOH3(2-+4+1.3S.=0.274027.4空气4/(

2、24+13).=0.547954.79h2o1.3/(244+1.3)=0.1781L7.SL总计1100设甲醇的转化率为XA,甲醛的收率为YP,反应器出口CH30H、CH3CH0和C02的摩尔数nA、nP和nC分别为：n=n（1一x）=7.672molA0A0An=nxY=18.96molPA0Pn=nx（x一Y）=0.7672molCA0AP结合上述反应的化学计量式，H2O（nW）、O2（nO）和N2（nN）的摩尔数分别为：nWnO38.30mol=0.8788mol=n+n+2n=W0PC13O0n=n=43.28mol所以，反应器出口气体组成为:组分摩尔数（moD摩尔劳率CHSOH7.

3、6726.983ECHO18.9617.26h2o38.334.87CQ；0.76720.6983db0.87880.7999n243.2339.391-3.在银催化剂上进行乙烯氧化反应以生产环氧乙烷，进入催化反应器的气体组成（摩尔分数）为：CH,15%；O,7%;CO,10%;A，12%；其余为N2422r2反应器出口气体中含（摩尔分数）为：CH,13.1%；O,4.8%。242试计算乙烯的转化率、环氧乙烷收率的反应选择性。100-2100-21-3解：以100mol进料为基准，并设x和y分别表示环氧乙烷和二氧化碳的生成量，根据题目给的进料组成和化学计量关系列式：1CH+O-CHO（1）24

4、2224CH+3OT2CO+2HO（2）24222组成反应器进口他反应器出口1515-k-O.5yQi77-0.5k-1.5yQHiO0KCCh1010-yh2o0yr4-tT、口r1112r.rMt-tUL1由于反应器出气体中乙烯和羊1的摩尔分数已知，所以5635615-騎0).131及曲22100_0.5k0.048可列出下表：可列出下面两个方程：xx解得：x=1.504moly=0.989mol乙烯的转化量为：1.504+0.989/2=1.999mol所以，乙烯的转化率为：1.999/15=13.33%环氧乙烷的收率为：1.504/15=10.03%反应的选择性为：S=0.1003/.

5、1333=75.24%1-5：丁二烯是制造合成橡胶的重要原料。制取丁二烯的工业方法之一是将正丁烯和空气及水蒸气的混合气体在磷钼铋催化剂上进行氧化脱氢，其主要反应为：1HC=CHCHCH+OTHC=CHCH=CH+HO22322222此外还有很多副反应，如生成酮，醛及有机酸的反应。反应温度350r,在压强为0.2026MPa下进行。根据分析，得到反应前后的物料组成（摩尔分数）如下。组成反应前/%反应后/%组成反应前/%反应后/%正丁烷0.630.61氮27.0020.1030正丁烯7.051.70水蒸气57.4462.07丁二烯0.064.45一氧化碳一1.20异丁烷0.500.48二氧化碳一1

6、.80异丁烯0.130.00有机酸一0.20正戊烷0.020.02酮、醛一0.10氧7.170.64根据表中的数据计算正丁烯的转化率、丁二烯的收率以及反映的选择性。1-5解：由丁二烯氧化反应可知，反应过程中，反应混合物的总物质的量发生变化。如果进料为lOOmol,则由氮平衡可算出反应后混合气的量为：27.0100 x=103.4mol26.l其中，正丁烯的量=103.4X0.017=1.758mol丁二烯的量=103.4X0.0445=4.60mol若以反应器进料为基准，则正丁烯的转化率7.051.758X=75.1%7.05丁二烯的收率4.60.06Y=64.4%7.05丁二烯的选择性Y0.

7、644S=85.75%X0.7511-6.甲醛和乙炔在催化剂的作用下生成丁炔二醇。在滴流床反应器中进行，原料分离回收循环操作。某工厂生产中测的数据如下：反应器的甲醇含量为10%（质量分数），出反应器的甲醇含量为1.6%，丁炔二醇的初浓度为0，出口含量为7.65%。假设分离回收中无损失，试计算此反应过程中的转化率、选择性、单程收率和总收率设原料的进料量为100Kg/h，则有质量守恒，出反应器的量也为100Kg/h，则出反应器的HCHO为1.6Kg/h,C4H6O2为7.65Kg/h：转化率101.6X=x100%=84%10单程收率7.65x2y=经x100%=53.37%1030总收率7.65

8、x2Y=86x100%=63.54%101.6RdCAdtdCdt才=1.6C(1+10.25C)选择性y53.37%S=x100%=63.54%X84%2-3解：反应物A的消耗速率应为两反应速率之和，即=r+2r=1.6C+16.4C2=1.6C(1+10.25C)AAA对上式积分：1.61=jCA10.25CA010.25CA)dC=-ln(1一X)+lnA(1一x)+A10.25CA00.6332t=0.3958h1.61+-10.25CA02-4解：（1）由题意可将反应速率表示为:r=kCC=2CAB对于恒容过程，则有C=C(1X)AA0AC=C2CXBB0A0ACP=A=0.1013

9、x0.2_q7/T=2.382x10-3mol/LA0RT8.314x103x1023C=4C=4x2.382x103=9.528x103mol/LB0A0C=C(1X)=2.382x103x0.2=4.767x104mol/LAA0AC=C2CX=9.528x1032x2.382x103x0.8=5.717x103mol/LBB0A0AR=r=kCC=2x4.764x104x5.717x103=5.447x106mol/LCcABR=4r=4x5.447x106=2.179x105mol/L当X=0.8时A0（2）对于恒压过程，是个变容反应过程，由（2.49）式可求得总摩尔数的变化5=YtA

10、u反应物A的原始分率：y=-=0.2A01+4由(2.52)式可求得转化率为80%时的浓度：C(1X)2.382x103x(10.8)C=加a=3.609x10-4mol/LA1+5yX1+2x0.2x0.8AA0AC2CX9.528x1032x2.382x103x0.8C=-B0m犷=4.331x10-5mol/LB1+5yX1+2x0.2x0.8AA0Ar=kCC=2x3.069x10-4x4.331x10-5=3.126x10-6mol/LAABR=r=3.126x10-6mol/LCC2-8解：在初始浓度相同的条件下，有：又X=0.5Akt=kt1122-Ek=AeRT则X=0.9代入数据A,得E=98.074kJ/mol2-13解：对二级反应dC-AkCCdtkC(CB0A0C)对上式积分t=k(CB0A0ln(1-1-a)M=1B02CA0lnA0RTB10.25t=5.4x10-3h11t当E=-R(-)ln2时X=0.45t=2.27x10T