【正文】 . .. . ..第一章： 進(jìn)入反應(yīng)器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2：4：（摩爾比），反應(yīng)后甲醇的轉(zhuǎn)化率達(dá)72%，%。試計(jì)算（1） （1） 反應(yīng)的選擇性；（2） （2） 反應(yīng)器出口氣體的組成。解：（1）由（）式得反應(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：（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)器的進(jìn)料組成為組分摩爾分率yi0摩爾數(shù)ni0(mol)CH3OH2/（2+4+）=空氣4/（2+4+）=水（2+4+）=總計(jì)設(shè)甲醇的轉(zhuǎn)化率為XA，甲醛的收率為YP，根據(jù)（）和（）式可得反應(yīng)器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩爾數(shù)nA、nP和nc分別為：nA=nA0(1XA)= molnP=nA0YP= molnC=nA0(XAYP)= mol結(jié)合上述反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量式，水（nW）、氧氣（nO）和氮?dú)猓╪N）的摩爾數(shù)分別為：nW=nW0+nP+2nC= molnO=nO01/2nP3/2nC= molnN=nN0= mol所以，反應(yīng)器出口氣體組成為：組分摩爾數(shù)（mol）摩爾分率%CH3OHHCHOH2OCO2O2N21. 1. 2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：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，可凝組份變?yōu)橐后w即為粗甲醇，不凝組份如氫氣及一氧化碳等部分放空，大部分經(jīng)循環(huán)壓縮機(jī)后與原料氣混合返回合成塔中。下圖是生產(chǎn)流程示意圖冷凝分離合成 原料氣 Bkg/h 粗甲醇 Akmol/h 循環(huán)壓縮100kmol 放空氣體原料氣和冷凝分離后的氣體組成如下：（mol）組分原料氣冷凝分離后的氣體COH2CO2CH4N2粗甲醇的組成為CH3OH %,(CH3)2O %,C3H9OH %,H2O %,均為重量百分率。在操作壓力及溫度下，其余組分均為不凝組分，但在冷凝冷卻過(guò)程中可部分溶解于粗甲醇中，對(duì)1kg粗甲醇而言，其溶解量為CO2 ,CO ,H2 ,CH4 ,。（摩爾比），試計(jì)算：（1） （1） 一氧化碳的單程轉(zhuǎn)換率和全程轉(zhuǎn)化率；（2） （2） 甲醇的單程收率和全程收率。解：（1）設(shè)新鮮原料氣進(jìn)料流量為100kmol/h，則根據(jù)已知條件，計(jì)算進(jìn)料原料氣組成以質(zhì)量分率表示如下：組分摩爾質(zhì)量yi0(mol%)Fi0(kmol/h)質(zhì)量分率xi0%CO28H22CO244CH416N228總計(jì)100100100其中xi=yiMi/∑yiMi。進(jìn)料的平均摩爾質(zhì)量Mm=∑yiMi=。經(jīng)冷凝分離后的氣體組成（亦即放空氣體的組成）如下：組分摩爾質(zhì)量摩爾分率yiCO28H22CO244CH416N228總計(jì)100其中冷凝分離后氣體平均分子量為 M’m=∑yiMi=又設(shè)放空氣體流量為Akmol/h，粗甲醇的流量為Bkg/h。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的N2作衡算得：1000+= (A) 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)就所有物料作衡算得：100=B+ (B) 聯(lián)立（A）、（B）兩個(gè)方程，解之得A=反應(yīng)后產(chǎn)物中CO摩爾流量為FCO=+(281000)將求得的A、B值代入得FCO= kmol/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)器出口處的CO摩爾流量為F’CO,0=100+100= kmol/h所以CO的單程轉(zhuǎn)化率為產(chǎn)物粗甲醇所溶解的COCO、HCH4和N2總量D為粗甲醇中甲醇的量為(BD)X甲/Mm=() 所以，甲醇的全程收率為Y總=甲醇的單程收率為Y單=2 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)：利用反應(yīng)時(shí)間與組分A的濃度變化數(shù)據(jù)，作出CA～t的關(guān)系曲線(xiàn)，用鏡面法求得t=，即為水解速率。切線(xiàn)的斜率為由（）式可知反應(yīng)物的水解速率為：是一個(gè)流動(dòng)反應(yīng)器，其反應(yīng)速率式可用（）式來(lái)表示故反應(yīng)速率可表示為：用XA～VR/Q0作圖，過(guò)VR/Q0=，即得該條件下的dXA/d(VR/Q0)值α。VR/Q0minXA%故CO的轉(zhuǎn)化速率為：利用（）式及（）式可求得問(wèn)題的解。注意題中所給比表面的單位換算成m2/m3。：由題中條件知是個(gè)等容反應(yīng)過(guò)程，且A和B的初始濃度均相等，故可把反應(yīng)速率式簡(jiǎn)化，得由（）式可知代入速率方程式化簡(jiǎn)整理得積分得解得XA=%。：題中給出450℃時(shí)的k2值，而反應(yīng)是在490℃下，故首先要求出490℃時(shí)的k2值。利用（）試，求出頻率因子A:490℃的Kp值由題給公式計(jì)算出求k1值： 求各組分的分壓值：各組分的分率及分壓值為NH310%pNH3=3MPaN2%pN2=H2%pH2=Ar+ CH4%pAr+ CH4=反應(yīng)速率為：： （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 (6)M點(diǎn)速率最大 根據(jù)等速線(xiàn)的走向來(lái)判斷H,M點(diǎn)的速率大小。：從題中可知，反應(yīng)條件除了溫度不同外，其它條件都相同，而溫度的影響表現(xiàn)在反應(yīng)速率常數(shù)k上，故可用反應(yīng)速率常數(shù)之比來(lái)描述反應(yīng)速率之比。：（1）求出轉(zhuǎn)化率為80%時(shí)各組分的分壓：以100mol為基準(zhǔn)xSO2O2SO3N2∑007()== （2）求與上述組成對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)KP值：(3)求平衡溫度Te(4)利用（）式求逆反應(yīng)活化能值(5)利用（）式求最佳溫度TOP：反應(yīng)物A的消耗速率應(yīng)為兩反應(yīng)速率之和，即利用（）式積分之：以100mol為計(jì)算基準(zhǔn)，設(shè)X為三甲基苯的轉(zhuǎn)化率，Y為生成的甲苯摩爾數(shù)。（1） （1） 用物料衡算求出口氣體組成：組分名稱(chēng)X=0時(shí)X=三甲基苯(A)（1X）氫（B）二甲基苯(C)0甲烷(D)0+Y甲基苯（E）0Y∑由題給條件可知，混合氣中氫的含量為20%，所以有：=20解得Y==（甲苯量）生成的二甲基苯量：=生成的甲烷量：+=剩余的三甲基苯量：（）=氫氣含量為：20kmol故出口尾氣組成為：%，氫氣20%，%，%，%。（2） （2） 由題給條件可知，三甲基苯的出口濃度為：：（1）恒容過(guò)程，其反應(yīng)式可表示為：反應(yīng)速率式表示為：設(shè)為理想氣體，反應(yīng)物A的初始濃度為：亞硝酸乙脂的分解速率為：乙醇的生成速率為：（2）恒壓過(guò)程，由于反應(yīng)前后摩爾數(shù)有變化，是個(gè)變?nèi)葸^(guò)程，由（）式可求得總摩爾數(shù)的變化。由于反應(yīng)物是純A，故有：yA0=1。由（）式可求得組分的瞬間濃度：乙醇的生成速率為：：（1）由題意可將反應(yīng)速率表示為：對(duì)于恒容過(guò)程，則有當(dāng)XA0=（2）對(duì)于恒壓過(guò)程，是個(gè)變?nèi)莘磻?yīng)過(guò)程，由（）式可求得總摩爾數(shù)的變化反應(yīng)物A的原始分率：由（）式可求得轉(zhuǎn)化率為80%時(shí)的濃度：：方法（1），先求出總摩爾變化數(shù)。首先將產(chǎn)物的生成速率變?yōu)閷?duì)應(yīng)的反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化速率：總反應(yīng)速率為：以一摩爾反應(yīng)物A為基準(zhǔn)，總摩爾變化數(shù)為：初始濃度為：則有方法（2），可將CA表示為：方法（3），利用物料衡算可分別求出反應(yīng)物A生成R及S的瞬間選擇性SR,SS,因而可求出產(chǎn)物R及S的收率yR,yS,求得A轉(zhuǎn)化率為85%時(shí)的分率：其中：：根據(jù)速率控制步驟及定態(tài)近似原理，除表面反應(yīng)外，其它兩步達(dá)到平衡，描述如下：以表面反應(yīng)速率方程來(lái)代表整個(gè)反應(yīng)的速率方程：由于將代入上式得：整理得：將代入速率方程中其中：根據(jù)速率控制步驟及定態(tài)近似原理，除表面反應(yīng)步驟外，其余近似達(dá)到平衡，寫(xiě)出相應(yīng)的覆蓋率表達(dá)式：整個(gè)反應(yīng)的速率方程以表面反應(yīng)的速率方程來(lái)表示：根據(jù)總覆蓋率為1的原則，則有：或整理得：將代入反應(yīng)速率方程，得：其中：根據(jù)題意，假設(shè)反應(yīng)步驟如下：并假設(shè)第二步是控制步驟，其速率方程就代表了整個(gè)反應(yīng)的速率方程：其余的兩步可認(rèn)為達(dá)到平衡，則有：由于，有：將代入速率式，得：式中。故上述假定與題意符合。但上述假定的反應(yīng)步驟不是唯一的。：先用積分法求其動(dòng)力學(xué)方程。設(shè)為一級(jí)不可逆反應(yīng)，其速率表達(dá)式為：積分得：用～t作圖。t(h)01234567890