化学反应工程习题课1、2

1-1在银催化剂上进行甲醇的氧化反应：

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：

（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：

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：

所以，反应器出口气体组成为：

32

2

22C H O H 3O

2C O

4H O +→+3222C H O H O 2H C H O 2H O

+→+96.11%0.96110.720

0.629

X Y

S ====mol x n n A A A 672.7)1(00=-=mol Y n n P A P 96.180=⨯=mol

Y x n n P A A C 7672.0)(0=-⨯=mol n n n n C P W W

30.3820=++=mol n n n n C P

O O 8788.02

3

2

10=--=mol

n n N N 28.430==

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：

反应器出口气体中含（摩尔分数）为：

试计算乙烯的转化率、环氧乙烷收率的反应选择性。

1-3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：

（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：

及

解得：x=1.504mol y=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/.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：

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

0.63

0.61

氮

27.00

20.10

2

r 2242%12%;10,%;7,%15,N A CO O H C ；其余为，；。；%8.4,%1.13,242O H C O

H C O H C 422422

1−→−+

O H CO O H C 22242223+−→−+131

.02100215=---x y x 048.021002327=-

--x y x O

H CH CH CH C H O CH CH CH C H 222232221+=-=→+--=

正丁烯 7.05 1.70 水蒸气 57.44 62.07 丁二烯 0.06 4.45 一氧化碳 — 1.20 异丁烷 0.50 0.48 二氧化碳 — 1.80 异丁烯 0.13 0.00 有机酸 — 0.20 正戊烷 0.02 0.02 酮、醛 — 0.10

氧

7.17

0.64

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100mol ，则由氮平衡可算出反应后混合气的量为：

其中，正丁烯的量=103.4×0.017=1.758mol 丁二烯的量=103.4×0.0445=4.60mol

若以反应器进料为基准，则正丁烯的转化率

丁二烯的收率 丁二烯的选择性

1-6.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

单程收率

总收率

mol 4.1031

.260

.27100=⨯

%

1.7505.7758

.105.7=-=

X %

4.6405

.706

.06.4=-=

Y %

75.85751

.0644

.0===

X Y S %

84%10010

6.110=⨯-=

X %

37.53%1003010

2

86

65.7=⨯⨯=y %54.63%10030

6

.11028665

.7=⨯-⨯=Y