1、化学反应工程习题课化学反应工程习题课杜平高杜平高第一章第一章 绪论绪论1第二章第二章 均相反应动力学均相反应动力学2v 1-1在银催化剂上进行甲醇的氧化反应：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。第一章第一章1-1.解：解：（1）反应的选择性为：（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：9
2、6.11%0.96110.7200.629XYSmolxnnAAA672.7)1(00molYnnPAP96.180molYxnnPAAC7672.0)(0设甲醇的转化率为XA，甲醛的收率为YP，反应器出口CH3OH、CH3CHO和CO2的摩尔数nA、nP和nC分别为：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：molnnnnCPWW30.3820molnnnnCPOO8788.023210molnnNN28.430所以，反应器出口气体组成为：v 1-3.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：2r2242%1
3、2%;10,%;7,%15,NACOOHC；其余为，；反应器出口气体中含（摩尔分数）为：。；%8.4,%1.13,242OHC试计算乙烯的转化率、环氧乙烷收率的反应选择性。1-3解：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：OHCOHC4224221OHCOOHC22242223（1）（2）可列出下表：由于反应器出口气体中乙烯和氧的摩尔分数已知，所以可列出下面两个方程：131.02100215xyx048.021002327xyx及解得：x=1.504moly=0.989mol乙烯的转化量为：1.504+0.989/2=
4、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/.1333=75.24%v 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：OHCHCHCHCHOCHCHCHCH222232221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350，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
5、.0020.10正丁烯7.051.70水蒸气57.4462.07丁二烯0.064.45一氧化碳1.20异丁烷0.500.48二氧化碳1.80异丁烯0.130.00有机酸0.20正戊烷0.020.02酮、醛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。1-51-5解：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100mol，则由氮平衡可算出反应后混合气的量为：mol4.1031.260.27100其中，正丁烯的量=103.40.017=1.758mol丁二烯的量=103.40.0445=4.60mol若以反应器进料为
6、基准，则正丁烯的转化率%1.7505.7758.105.7X丁二烯的收率%4.6405.706.06.4Y丁二烯的选择性%75.85751.0644.0XYS1-6.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。1-6解：解：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，C4H
7、6O2为7.65Kg/h：转化率%84%100106.110X单程收率%37.53%100301028665.7y总收率%54.63%100306.11028665.7Y选择性%54.63%100%84%37.53XyS第二章第二章2-3解：解：反应物A的消耗速率应为两反应速率之和，即)25.101(6.14.166.122AAAADRACCCCrrR由 dtdCRAA得)25.101(6.1AAACCdtdC对上式积分：0025.101125.101)1(ln)1ln()125.1025.101(6.10AAAAACCAACCXXdCCCtAAht3958.06.16332.02-4解：解：
8、（1）由题意可将反应速率表示为:DCBA42BACCkCr 对于恒容过程，则有LmolCCLmolRTPCXCCCXCCABAAAABBAAA/10528.910382.244/10382.2102310314.82.01013.02)1(330033000008.00AX当时LmolXCCAAA/10767.42.010382.2)1(430LmolXCCCAABB/10717.58.010382.2210528.9233300LmolCkCrRBAcC/10447.510717.510764.42634LmolrRCD/10179.210447.54456（2）对于恒压过程，是个变容反应过
9、程，由（2.49）式可求得总摩尔数的变化212141AtA反应物A的原始分率：2.04110Ay由（2.52）式可求得转化率为80%时的浓度：LmolXyXCCAAAAAA/10609.38.02.021)8.01(10382.21)1(4300LmolXyXCCCAAAAABB/10331.48.02.0218.010382.2210528.912533000LmolCkCrBAA/10126.310331.410069.32654LmolrRCC/10126.362-8解：解：在初始浓度相同的条件下，有：2211tktk又RTEAek)11(ln1221TTRTEkk则1221ln)11(
10、ttTTRE代入数据，得molkJE/074.982-13解：解：对二级反应PBA有)(00AABABAAACCCkCCkCdtdCr对上式积分)11ln()(100ABABXXCCkta）.1000AABCCCM时，002ABCC5.0AX当时，25.01BXht31104.59.0AX当当99.0AX时，时，45.02BXht221027.2495.03BXht231023.5b）.5000AABCCCM时，006ABCC当当当5.0AX9.0AX99.0AX时，时，时，083.01BXht3110616.115.02BXht321072.5165.03BXht231018.1讨论：在初始物料相同的条件下，要求的转化率越高则所需要的反应时间越长，而且在高转化率时增大一定的转化率所需的时间较低转化率时要长得多；在转化率一定的条件下，过量比越大，所需要的反应时间越短。
