吳元欣版反應(yīng)工程答案

1、專業(yè).專注第一章例題與習(xí)題解答例 1每 100 kg 乙烷（純度 100% ）在裂解器中裂解，產(chǎn)生 45.8 kg 乙烯，乙烷的單程轉(zhuǎn)化 率為 59%，裂解氣經(jīng)分離后，所得到的產(chǎn)物氣體中含有 4.1kg 乙烷，其余未反應(yīng)的乙烷返 回裂解器。求乙烯的選擇性、收率、總收率和乙烷的總轉(zhuǎn)化率 。解：以 B 點(diǎn)的混合氣體為計(jì)算基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算即得到單程轉(zhuǎn)化率和單程收率，而以對(duì) A點(diǎn)的新鮮氣體為計(jì)算基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算得到全程轉(zhuǎn)化率和全程收率。新鮮原料通過(guò)反應(yīng)器一次所達(dá)到的轉(zhuǎn)化率，單程轉(zhuǎn)化率（反應(yīng)器進(jìn)口為基準(zhǔn)）；新鮮原料進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)起到離開(kāi)系統(tǒng)止所達(dá)到的轉(zhuǎn)化率，全程轉(zhuǎn)化率（新鮮原料為基準(zhǔn)）。H =100 0.59 =

2、 59kgE 點(diǎn)乙烷的循環(huán)量Q=100-H -4.1=100-59-4.1=36.9kgA 點(diǎn)補(bǔ)充的新鮮乙烷量為F =100Q =100 -36.9 =63.1kg45 8/ 28而面100%皿.07%乙烯的總收率（摩爾收率）、，45.8/28 “45.8/28100% =77.77%63.1/ 30I QIUU乙烯的總質(zhì)量收率45.845.8Y100% :100%-72.58%F63.1*產(chǎn)品59%，則在裂解器中反應(yīng)掉的原料乙烷量為乙烯的選擇性為乙烯的單程收率o45.8/28S H /30100%二45.8/ 2859/30100% =83.172%100 kg。B現(xiàn)對(duì) B 點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，設(shè)

3、B 點(diǎn)進(jìn)入裂解器的乙烷為循環(huán)A由于乙烷的單程轉(zhuǎn)化率為專業(yè).專注乙烷的總轉(zhuǎn)化率HX =100%=59100% = 93-5%F63.1專業(yè).專注工業(yè)上采用銅鋅鋁催化劑由一氧化碳和氫合成甲醇，其主副反應(yīng)如下CO 2H2=CH3OH2CO+4H2二（CH）2O+H2O）CO 3H2=CH4H2O4CO 8H2=C4H9OH 3H2OCO H2O u CO2 H2由于化學(xué)平衡的限制，反應(yīng)過(guò)程中一氧化碳不可能全部轉(zhuǎn)化成甲醇。為了提高原料的利用率，生產(chǎn)上采用循環(huán)操作，即將反應(yīng)后的氣體冷卻，可凝組分分離為液體即為粗甲醇 ，不凝組分如氫及一氧化碳等部分放空，大部分經(jīng)循環(huán)壓縮機(jī)壓縮后與原料氣混合返回合成塔中。下

4、面是生產(chǎn)流程示意圖原料氣和冷凝分離后的氣體中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)如下組成原料氣冷凝分離后氣體CO26.8215.49H268.2569.78CO21.460.82CH40.553.62N22.9210.29CH3OH 89.15%、（ CH3）2。3.55%、C4H9OH 1.1%、H2O 6.2%。在操作壓力及溫度下，其余組分均為不凝組分，但在冷卻冷凝中可部分溶解于粗甲醇中，對(duì) 1kg 粗甲醇而言，其溶解量為CO29.82g、CO 9.38g、H22.14g、CH42.14g、N25.38g。若循環(huán)氣與原料氣之比為7.2 （摩爾比），試計(jì)算：粗甲醇中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為專業(yè).專注（1）一氧化碳

5、的單程轉(zhuǎn)化率和全程轉(zhuǎn)化率；專業(yè).專注(2) 甲醇的單程收率和全程收率解:又設(shè)放空氣體流量為 A kmol/h ，粗甲醇的流量為B kg/h。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的 N?作衡算得:5.38B/28 1000 0.10292.92(2)組分摩爾質(zhì)量yio(mol%)Fio(kmol/h)質(zhì)量分率Xi0%質(zhì)量流量kg/hCO2826.8226.8272.05760.96H2268.2568.2513.1136.5CO2441.461.466.16464.24CH4160.550.550.84438.8N2282.922.927.84481.76總計(jì)1001001001042.26(1)設(shè)新鮮原料氣進(jìn)料流量為1

6、00kmol/h ，根據(jù)已知條件，計(jì)算進(jìn)料原料氣組成如下Xi=yiMi/7yiMi，進(jìn)料的平均摩爾質(zhì)量Mm八yiMi= 10.42kg/kmol。其中組分COH2摩爾質(zhì)量 Mi282摩爾分率屮15.4969.78其中冷凝分離后氣體平均分子量為Mm八CO2CH4N2總計(jì)4416280.823.6210.29100yM = 9.554(1)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)所有物料進(jìn)行衡算得：100 10.42=B 9.554A經(jīng)冷凝分離后的氣體組成，亦即放空氣體的組成如下專業(yè).專注聯(lián)立(1)與(2)兩個(gè)方程，解之得：A = 26.91 kmol/h,B=785.2 kg/h專業(yè).專注反應(yīng)后產(chǎn)物中 CO 摩爾流量為Fco

7、=0.1549A9.38B/28 1000 = 4.431kmol/h故 CO 的全程轉(zhuǎn)化率為由已知循環(huán)氣與新鮮氣之摩爾比 ，可得反應(yīng)器進(jìn)口處的 CO 摩爾流量為F c,0= 100 x 0.2682 + 7.2 x 100 x 0.1549=138.4kmol / h所以 CO 的單程轉(zhuǎn)化率為XCO二FCO,026.82-4.431138.4=16.18%產(chǎn)物粗甲醇中所溶解的 CO2, CO、H2、CH4和 N2總量 D 為(9.82 9.36 1.762.145.38)B1000=0.02848 B=22.3624kg/h粗甲醇中甲醇的量為(B -D)x甲/Mm=(785.2 -0.028

8、48B) 0.8915/32 = 21.25kmol / h所以，甲醇的全程收率為甲醇的單程收率為21 25%總=100%=79.24%26.8221 25丫丫單=100%=15.36% 138.4-83.48%26.82-4.431_26.82專業(yè).專注第二章例題習(xí)題與解答例 1在進(jìn)行一氧化碳變換反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究中，采用 B106 催化劑進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)得正反應(yīng)活化能為 9.629xlOj/mol ,如果不考慮逆反應(yīng)，在反應(yīng)物料組成相同的情況下，試問(wèn)反應(yīng)溫度為550C時(shí)的速率比反應(yīng)溫度為400C時(shí)的反應(yīng)速率大多少倍 ？ 解:由題可知，反應(yīng)條件除溫度不同外，其它條件均同，而溫度的影響表現(xiàn)在反應(yīng)速率常

9、數(shù)k上，故可利用反應(yīng)速率常數(shù)之比來(lái)描述反應(yīng)速率之比11ddAEXP（-E/RT500）eE/R（話盂）e96290/8.314（673 -823）-=e= eAEXPGE/RT400）F 面是兩個(gè)反應(yīng)的 T- X 關(guān)系圖，圖中 AB 是平衡線，NP 是最佳溫度曲線，AM 是等溫線，HB 是等轉(zhuǎn)化率線。根據(jù)下面兩圖回答TT圖 1(1 )是可逆反應(yīng)還是不可逆反應(yīng)？(2)是放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng) ？=23（倍）550r400專業(yè).專注(3)在等溫線上，A、D、0、E、M 點(diǎn)中，哪一點(diǎn)速率最大，哪一點(diǎn)速率最小？(4)在等轉(zhuǎn)化率線上，H、C、R、0、F 及 B 點(diǎn)中，哪一點(diǎn)速率最大，哪一點(diǎn)速率最 小?(5

10、)在 C、R 兩點(diǎn)中，誰(shuí)的速率大？(6)根據(jù)圖中所給的十點(diǎn)，判斷哪一點(diǎn)速率最大？解：如下表所示。圖 1圖 2(1)可逆反應(yīng)可逆反應(yīng)(2)放熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)(3)M 點(diǎn)速率最大，A 點(diǎn)速率最小M 點(diǎn)速率最大，A 點(diǎn)速率最小(4)O 點(diǎn)速率最大，B 點(diǎn)速率最小H 點(diǎn)速率最大，B 點(diǎn)速率最小(5)R 點(diǎn)速率大于 C 點(diǎn)速率C 點(diǎn)速率大于 R 點(diǎn)速率需依據(jù)等速線的走向來(lái)判斷H、M 點(diǎn)的(6)M 點(diǎn)速率最大速率大小第三章例題習(xí)題與解答在一個(gè)恒容間歇反應(yīng)器中進(jìn)行下列液相反應(yīng)A B R rR=1.6CAkmol/(m3h)2專業(yè).專注2A DrD=8.2CAkmol/(m3.h)式中 g、rD分別表示產(chǎn)物 R

11、 和 D 的生成速率反應(yīng)用的原料為 A 和 B 的混合物，其中 A專業(yè).專注的濃度為 2kmol/m3,試計(jì)算：（1）A 的轉(zhuǎn)化率達(dá)到 95%時(shí)所需要的反應(yīng)時(shí)間。（2）A的轉(zhuǎn)化率為 95%時(shí)，R 的收率是多少？（3）若反應(yīng)溫度不變，要求D的收率達(dá) 70%，能否辦到？（4）改用全混流反應(yīng)器操作，反應(yīng)溫度與原料組成均不變，保持空時(shí)與 情況的反應(yīng) 時(shí)間相同，A的轉(zhuǎn)化率能否達(dá)到 95%?（5）在全混反應(yīng)器操作時(shí)，A的轉(zhuǎn)化率如仍要達(dá)到 95%， 其它條件不變，R的收率是 多少？解：(1)反應(yīng)物 A 的消耗速率應(yīng)為兩反應(yīng)速率之和，即2rA= rR2rD= 1.6cA16.4CA可寫(xiě)出此條件下 A 反應(yīng)速率

12、：MMA)分離變量，積分可得：1(1 _XA)+-10.2510.25CA0麗亍)dCWXA)冋一匚一10.25CA0t =0.6463/1.6 =0.4038h注意：體系中物質(zhì)濃度影響不同反應(yīng)的反應(yīng)速率時(shí)，是同時(shí)作用的；多個(gè)反應(yīng)存在時(shí)，關(guān)鍵反應(yīng)組分的反應(yīng)速率是幾個(gè)反應(yīng)分支的反應(yīng)速率疊加= 1.6CA(1 10.25cA)CA1.6t二CA0代入相關(guān)數(shù)值，可得：(5)專業(yè).專注dCR1.6CA12dCA1.6CA16.4CA110.25CACA=CAO(1-XA) = 2(1 0.95) = 0.1表明 D 的收率能達(dá)到 70%(4)得，CA= 0.4433則，xA= 5：= 0.7784 0

13、.7對(duì)全混流反應(yīng)器，若二t =0.4038h,則有:CA0CA0.4038 =21.6CA+16.4CA(5)專業(yè).專注對(duì)全混流反應(yīng)器，若XA=0.95,則 R 的收率為：專業(yè).專注思考：針對(duì)（3 ）、（ 4）改成平推流反應(yīng)器時(shí)，其結(jié)果又如何？在等溫間歇釜式反應(yīng)器中進(jìn)行下列液相反應(yīng)3ABP,rp= 2cAkmol / (m h)232A Q,rQ=0.5CAkmol / (m h)反應(yīng)開(kāi)始時(shí) A 和 B 的濃度等于 2kmol/m3，目的產(chǎn)物為 P,試計(jì)算反應(yīng)時(shí)間為 3h 時(shí) A 的轉(zhuǎn)化率和 P 的收率。2 2解： 因rA=rP 2rQ2cA2 0.5cA2cA cA由間歇反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程，反

14、應(yīng)時(shí)間 t 為即t=1ln%（25）2cA（2+cA0）（A）3由題給組分 A 的起始濃度CA=2kmol/m，反應(yīng)時(shí)間t = 3h，代入式（A）可求此時(shí).33組分 A 的濃度CA=2.482 10 kmol / m。組分 A 的轉(zhuǎn)化率為即XA= 99.88%。只知道 A 轉(zhuǎn)化率尚不能確定 P 的生成量，因轉(zhuǎn)化的 A 既可以轉(zhuǎn)化成P 也可能轉(zhuǎn)化成 Q。由題給的速率方程知YR=SfXAfXAf0.951 10.25CA0(1xAf) 1 10.25 2(1 0.95)=0.4691dCA2CA CA2XAcA0CAcA02-2.482 10；2-0.9988專業(yè).專注所以，P 的收率為例 3有如

15、下平行反應(yīng)A B P（主反應(yīng)，P為目的產(chǎn)物）A B S（副反應(yīng)）其動(dòng)力學(xué)方程為：k1CACB,rs= k2CA5CB18（ mol/m3.s），已知：k1二k2=1，A和B兩種物料的初濃度:cA0= cB0=1.0mol/l，分別從反應(yīng)器進(jìn) 口等流量加入，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率XA=0.9。寫(xiě)出瞬時(shí)選擇性與轉(zhuǎn)化率xA間的關(guān)系式；dt(B)又-等=2CA- cA2,兩式相除，有dCAdcp積分得CP0dCp =CAdCACA01亠cA/ 2將有關(guān)數(shù)值代入式（C）得cP二2ln1CA0/2(C)C=2ln 1 2.482仿/2383801/亦1.38382=0.6919YPCA0專業(yè).專注計(jì)算在全混流反應(yīng)器中

16、P的總選擇性。解:寫(xiě)出瞬時(shí)選擇性與組分 A 的轉(zhuǎn)化率關(guān)系表達(dá)式CA0=CB0，CA=CA0(1 _ XA)Sp=1 CA0(1XA廠亡計(jì)算在全混流反應(yīng)器中的總選擇性SaP= Saf=1，且CAf=CA0(1-XAf)=0.051 CAfSaP=1 心+0.05)=0.95在一全混流反應(yīng)器中進(jìn)行可逆反應(yīng)進(jìn)料混合物總體積流量為1.33 104m3/s，其中不含產(chǎn)物；A、B 濃度分別為33_4 31400mol/m和 800mol/m。 已知k =1.167 10 m /(mol s)，k=0.5 10 m3/(mol s)。反應(yīng)混合物體積可認(rèn)為不變。要求 B 轉(zhuǎn)化率達(dá)到 0.75，計(jì)算 所需的反應(yīng)器有效容積解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程可寫(xiě)為.P_kQACB.3=rp rsKCAC?3 k2.cA.5CB8rp1Jk2c5Ci.5_1 Cf.5cB5KA BrA=rB=kcACB -kCRCS(A)A專業(yè).專注由化學(xué)反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系，有專業(yè).專注CA= CAO CBOXB= CBO(- - XB)式中，為配料比，2-CAO/CBO。將上式各濃度表達(dá)式代入式(A)，得g 二kcBoC-XB)(1-XB)-kcBxB(B)在要求的出口條件