化學(xué)反應(yīng)工程一二章

1、精選課件化學(xué)反應(yīng)工程化學(xué)反應(yīng)工程第一，二單元習(xí)題第一，二單元習(xí)題第一章第一章 緒論緒論1第二章第二章 均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2v 1-1在銀催化劑上進(jìn)行甲醇的氧化反應(yīng)：3222CH OHO2HCHO2H O 32222CH OH3O2CO4H O 進(jìn)入反應(yīng)器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2：4：1.3（摩爾比），反應(yīng)后甲醇的轉(zhuǎn)化率達(dá)72%，甲醛的收率為69.2%。試計(jì)算（1）反應(yīng)的選擇性；（2）反應(yīng)器出口氣體的組成。第一章第一章1-1.解：解：（1）反應(yīng)的選擇性為： （2）進(jìn)入反應(yīng)器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2：4：1.3（摩爾比），當(dāng)進(jìn)入反應(yīng)器的總原料量為100mol時(shí)，則反應(yīng)

2、器的進(jìn)料組成為：96.11%0.96110.7200.629XYSmolxnnAAA672. 7)1 (00molYnnPAP96.180molYxnnPAAC7672. 0)(0設(shè)甲醇的轉(zhuǎn)化率為XA，甲醛的收率為YP，反應(yīng)器出口CH3OH、CH3CHO和CO2的摩爾數(shù)nA、nP和nC分別為：結(jié)合上述反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量式，H2O（nW）、O2（nO）和N2（nN）的摩爾數(shù)分別為：molnnnnCPWW30.3820molnnnnCPOO8788. 023210molnnNN28.430所以，反應(yīng)器出口氣體組成為：v 1-3.在銀催化劑上進(jìn)行乙烯氧化反應(yīng)以生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，進(jìn)入催化反應(yīng)器的氣體組成（摩爾

3、分?jǐn)?shù)）為：2r2242%12%;10,%;7 ,%15,NACOOHC；其余為，；反應(yīng)器出口氣體中含（摩爾分?jǐn)?shù)）為：。；%8 . 4 ,%1 .13,242OHC試計(jì)算乙烯的轉(zhuǎn)化率、環(huán)氧乙烷收率的反應(yīng)選擇性。1-3解：解：以100mol進(jìn)料為基準(zhǔn)，并設(shè)x和y分別表示環(huán)氧乙烷和二氧化碳的生成量，根據(jù)題目給的進(jìn)料組成和化學(xué)計(jì)量關(guān)系列式：OHCOHC4224221OHCOOHC22242223（1）（2）可列出下表： 由于反應(yīng)器出口氣體中乙烯和氧的摩爾分?jǐn)?shù)已知，所以可列出下面兩個(gè)方程： 131. 02100215xyx048. 021002327xyx及解得：x=1.504moly=0.989mol

4、乙烯的轉(zhuǎn)化量為：1.504+0.989/2=1.999mol所以，乙烯的轉(zhuǎn)化率為：1.999/15=13.33%環(huán)氧乙烷的收率為：1.504/15=10.03%反應(yīng)的選擇性為：S=0.1003/.1333=75.24%v 1-5：丁二烯是制造合成橡膠的重要原料。制取丁二烯的工業(yè)方法之一是將正丁烯和空氣及水蒸氣的混合氣體在磷鉬鉍催化劑上進(jìn)行氧化脫氫，其主要反應(yīng)為：OHCHCHCHCHOCHCHCHCH222232221此外還有很多副反應(yīng)，如生成酮，醛及有機(jī)酸的反應(yīng)。反應(yīng)溫度350，在壓強(qiáng)為0.2026MPa下進(jìn)行。根據(jù)分析，得到反應(yīng)前后的物料組成（摩爾分?jǐn)?shù)）如下。組成反應(yīng)前/%反應(yīng)后/%組成反應(yīng)

5、前/%反應(yīng)后/%正丁烷0.630.61氮27.0020.10正丁烯7.051.70水蒸氣57.4462.07丁二烯0.064.45一氧化碳1.20異丁烷0.500.48二氧化碳1.80異丁烯0.130.00有機(jī)酸0.20正戊烷0.020.02酮、醛0.10氧7.170.64根據(jù)表中的數(shù)據(jù)計(jì)算正丁烯的轉(zhuǎn)化率、丁二烯的收率以及反映的選擇性。1-51-5解：解：由丁二烯氧化反應(yīng)可知，反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)混合物的總物質(zhì)的量發(fā)生變化。如果進(jìn)料為100mol，則由氮平衡可算出反應(yīng)后混合氣的量為：mol4 .1031 .260 .27100其中，正丁烯的量=103.40.017=1.758mol丁二烯的量=10

6、3.40.0445=4.60mol若以反應(yīng)器進(jìn)料為基準(zhǔn)，則正丁烯的轉(zhuǎn)化率%1 .7505. 7758. 105. 7X丁二烯的收率%4 .6405. 706. 06 . 4Y丁二烯的選擇性%75.85751. 0644. 0XYS1-6.甲醛和乙炔在催化劑的作用下生成丁炔二醇。在滴流床反應(yīng)器中進(jìn)行，原料分離回收循環(huán)操作。某工廠生產(chǎn)中測(cè)的數(shù)據(jù)如下：反應(yīng)器的甲醇含量為10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），出反應(yīng)器的甲醇含量為1.6%，丁炔二醇的初濃度為0，出口含量為7.65%。假設(shè)分離回收中無(wú)損失，試計(jì)算此反應(yīng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)化率、選擇性、單程收率和總收率。1-6解：解：設(shè)原料的進(jìn)料量為100Kg/h，則有質(zhì)量守恒，出反

7、應(yīng)器的量也為100Kg/h，則出反應(yīng)器的HCHO為1.6Kg/h，C4H6O2為7.65Kg/h：轉(zhuǎn)化率 %84%100106 . 110X單程收率 %37.53%100301028665. 7y總收率 %54.63%100306 . 11028665. 7Y選擇性 %54.63%100%84%37.53XyS第二章第二章2-3解：解：反應(yīng)物A的消耗速率應(yīng)為兩反應(yīng)速率之和，即)25.101 (6 . 14 .166 . 122AAAADRACCCCrrR由 dtdCRAA得)25.101 (6 . 1AAACCdtdC對(duì)上式積分：0025.101125.101)1 (ln)1ln()125.1

8、025.101(6 . 10AAAAACCAACCXXdCCCtAAht3958. 06 . 16332. 02-4解：解：（1）由題意可將反應(yīng)速率表示為:DCBA42BACCkCr 對(duì)于恒容過(guò)程，則有LmolCCLmolRTPCXCCCXCCABAAAABBAAA/10528. 910382. 244/10382. 2102310314. 82 . 01013. 02)1 (330033000008 . 00AX當(dāng)時(shí)LmolXCCAAA/10767. 42 . 010382. 2)1 (430LmolXCCCAABB/10717. 58 . 010382. 2210528. 9233300L

9、molCkCrRBAcC/10447. 510717. 510764. 42634LmolrRCD/10179. 210447. 54456（2）對(duì)于恒壓過(guò)程，是個(gè)變?nèi)莘磻?yīng)過(guò)程，由（2.49）式可求得總摩爾數(shù)的變化212141AtA反應(yīng)物A的原始分率：2 . 04110Ay由（2.52）式可求得轉(zhuǎn)化率為80%時(shí)的濃度：LmolXyXCCAAAAAA/10609. 38 . 02 . 021)8 . 01 (10382. 21)1 (4300LmolXyXCCCAAAAABB/10331. 48 . 02 . 0218 . 010382. 2210528. 912533000LmolCkCrBA

10、A/10126. 310331. 410069. 32654LmolrRCC/10126. 362-8解：解：在初始濃度相同的條件下，有：2211tktk又RTEAek)11(ln1221TTRTEkk則1221ln)11(ttTTRE代入數(shù)據(jù)，得molkJE/074.982-13解：解：對(duì)二級(jí)反應(yīng)PBA有)(00AABABAAACCCkCCkCdtdCr對(duì)上式積分)11ln()(100ABABXXCCkta）.1000AABCCCM時(shí)，002ABCC5 . 0AX當(dāng)時(shí)，25. 01BXht31104 . 59 . 0AX當(dāng)當(dāng)99. 0AX時(shí)，時(shí)，45. 02BXht221027. 2495. 03BXht231023. 5b）.5000AABCCCM時(shí)，006ABCC當(dāng)當(dāng)當(dāng)5 . 0AX9 . 0AX99. 0AX時(shí)，時(shí)，時(shí)，083. 01BXht3110616. 115. 02BX