化学反应工程第一章习题参考答案

2010级第一章习题参考答案1-1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反响：进入反响器的原料气中，甲醇:空气:水蒸气＝2:4:1.3〔摩尔比〕，反响后甲醇的转化率达72％，甲醛的收率为69.2％。试计算：〔1〕反响的选择性；〔2〕反响器出口气体的组成解一：〔1〕由〔1-17〕式得反响的选择性为：〔2〕进入反响器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3〔摩尔比〕，当进入反响器的总原料量为100mol时，则反响器的进料组成为组分摩尔分率yi0摩尔数ni0(mol)CH3OH2/〔2+4+1.3〕=0.274027.40空气4/〔2+4+1.3〕=0.547954.79水1.3/〔2+4+1.3〕=0.178117.81总计1.000100.0设甲醇的转化率为XA，甲醛的收率为YP，根据〔1-7〕和〔1-9〕式可得反响器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数nA、nP和nc分别为：nA=nA0(1-XA)=7.672molnP=nA0YP=18.96molnC=nA0(XA-YP)=0.7672mol结合上述反响的化学计量式，水〔nW〕、氧气〔nO〕和氮气〔nN〕的摩尔数分别为：nW=nW0+nP+2nC=38.30molnO=nO0-1/2nP-3/2nC=0.8788molnN=nN0=43.28mol所以，反响器出口气体组成为：组分摩尔数〔mol〕摩尔分率%CH3OH7.6726.983HCHO18.9617.26H2O38.334.87CO20.76720.6983O20.87880.7999N243.2839.39解二：〔1〕根据定义：目的产物收率目的产物选择率反响物的转化率转化率、收率和选择率的关系：xCH3OH=72%YHCHO=69.2%则〔2〕为方便计算，设进入反响器的甲醇的物质的量为2mol，则即反响后混合气体中：NCH3OH=2*(1-72%)=0.56molNHCHO=2*69.2%=1.384molNH2O=1.3+2*69.2%+2*(72%-69.2%)*4/2=2.796molNCO2=2*(72%-69.2%)=0.056molN空气=4-2*69.2%*1/2-2*(72%-69.2%)*3/2=3.224mol(其中NO2=4*21%-2*69.2%*1/2-2*(72%-69.2%)*3/2=0.064molNN2=4*79%=3.16mol〕总物质的量为：NT=0.56+3.224+1.384+2.796+0.056=8.02mol各组分组成为：yCH3OH=0.56/8.02*100%=6.98%y空气=3.224/8.02*100%=40.20%〔其中yO2=0.80%,yN2=39.4%〕yHCHO=1.384/8.02*100%=17.26%yH2O=2.796/8.02*100%=34.86%yCO2=0.056/8.02*100%=0.70%1-5某气-固一级不可逆催化反响，按单位质量催化剂表示的本征动力学方程为，式中fA为反响组分A的逸度。假设ρb、ρP分别表示催化剂床层的堆密度和催化剂的假密度，ε为催化剂床层的空隙率，Si、Sv和Sg分别为单位体积催化床、单位体积催化剂颗粒和单位质量催化剂的内外表积。〔1〕推导按单位体积催化床和单位质量催化剂颗粒表示的本征反响速率常数kVR与kw间的关系。〔2〕催化床层中某一微元体积的压力为p，温度为T，组分A的摩尔分数为yA，浓度为cA。假设将本征动力学方程改写为，，，推导、、与间的关系式。解：〔1〕；；或者即或〔2〕对于理想气体，f接近于p，所以有如不是理想气体，设A的逸度系数为ФA，1-6有如下平行反响，P为目的产物，各反响均为