【正文】 （B）用數(shù)值積分試差求得：因此，另：本題由于惰性氣體N2占80%，故此反應(yīng)過程可近似按恒容過程處理，也不會有太大的誤差。 105Pa及20℃：式中的濃度單位為kmol/m3。解：根據(jù)題意可知甲苯加氫反應(yīng)為恒容過程，原料甲苯與氫的摩爾比等于1，即：，則有：示中下標(biāo)T和H分別代表甲苯與氫，其中：所以，所需反應(yīng)器體積為：所以，反應(yīng)器的長度為： 一級不可逆反應(yīng)：所以Q0=丙二醇的濃度=丙二醇的產(chǎn)量=(2) 采用定態(tài)下連續(xù)操作所以Q0=丙二醇的產(chǎn)量=（3）因連續(xù)釜在低的反應(yīng)物濃度下操作，反映速率慢，故產(chǎn)量低。3．21解：（1） （1）3．20解：（1）二個300 l全混串聯(lián)釜，XA2=， （1） （2）解得：XA1=代入（1）式求出此系統(tǒng)的體積流量：。k2=109s1。 所需的反應(yīng)體積；（1） （2）題中已給出Q0,故由可求出CB2最大時反應(yīng)器系統(tǒng)的總體積。同理可以計算出R的收率：：（1）對上式求dVr/dXA1=0可得：將XA2=，則解之得XA1=所以總反應(yīng)體積的最小值為(2)即解得CB1= kmol/m3同理解得CB2= kmol/m3B的收率：(3)目標(biāo)函數(shù)改為B的收率，這時的計算步驟如下：對于第i個釜，組分A,B的衡算方程分別為：對A: 對B: 當(dāng)i=1時， （1） （2）當(dāng)i=2時， （3） （4）由（1）式解出CA1代入（2）式可解出CB1。為了求分組A的轉(zhuǎn)化率及R的收率，需要求出A及R 的濃度隨時間的變化關(guān)系，現(xiàn)列出如下的微分方程組：對A: （1）對R: （2） （3）在反應(yīng)時間（t=,為方便起見取t ≈） m3的A均速加入反應(yīng)器內(nèi)，故采用間歇釜操作時，原料為A與B的混合物，A的濃度為2kmol/ ，且，故可算出原料A的濃度為：由于：代入（1），（2）式則得如下一階非線性微分方程組： （4） （5）初始條件：t=0,CA=0,CR=0可用龍格庫塔法進(jìn)行數(shù)值求解。：（1）==(2) (3)，且溫度為常數(shù)，則D的瞬時選擇性為：D的收率：這說明能使D的收率達(dá)到70%（4）對全混流反應(yīng)器，若使τ=t=,則有解之得：CA=所以：這說明在這種情況下轉(zhuǎn)化率達(dá)不到95%。（2）保證CA低，CB高，故可用下圖所示的多釜串聯(lián)方式：但仔細(xì)分析這兩種情況，其實(shí)質(zhì)是下述反應(yīng)的特例： (A)當(dāng)時，（A）式變?yōu)? (B)當(dāng)時，（A）式變?yōu)? (C)當(dāng)時，（A）式變?yōu)? (D)其中式（D）即為書講的一級不可逆連串反應(yīng)。：(1) （由數(shù)值積分得出）(2)若A全部轉(zhuǎn)化為R,即XA=,則由上面的積分式知，t→∝,這顯然是不可能的。由于在同樣條件下，間歇反應(yīng)器的反應(yīng)時間與反應(yīng)器的大小無關(guān)，所以該生產(chǎn)規(guī)模反應(yīng)器的反應(yīng)時間也是48min。還可用一數(shù)學(xué)公式來擬合CA～t曲線，然后再將該數(shù)學(xué)公式對t求導(dǎo)，求得dCA/dt之值，此法會比作圖法來的準(zhǔn)確。設(shè)為一級不可逆反應(yīng)，其速率表達(dá)式為：積分得：用～t作圖。故上述假定與題意符合。：（1）由題意可將反應(yīng)速率表示為：對于恒容過程，則有當(dāng)XA0=（2）對于恒壓過程，是個變?nèi)莘磻?yīng)過程，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%時的濃度：：方法（1），先求出總摩爾變化數(shù)。 由題給條件可知，三甲基苯的出口濃度為：：由題中條件知是個等容反應(yīng)過程，且A和B的初始濃度均相等，故可把反應(yīng)速率式簡化，得由（）式可知代入速率方程式化簡整理得積分得解得XA=%。：是一個流動反應(yīng)器，其反應(yīng)速率式可用（）式來表示故反應(yīng)速率可表示為：用XA～VR/Q0作圖，過VR/Q0=，即得該條件下的dXA/d(VR/Q0)值α。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 甲醇的單程收率和全程收率。（摩爾比），試計算：（1） （1）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 反應(yīng)器出口氣體的組成。試計算（1） （1）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，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%CH3OHHCHOH2OCO2O2N2 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：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。VR/Q0minXA%：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)之比來描述反應(yīng)速率之比。 用物料衡算求出口氣體組成：組分名稱X=0時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%，%，%，%。：（1）恒容過程，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）恒壓過程，由于反應(yīng)前后摩爾數(shù)有變化，是個變?nèi)葸^程，由（）式可求得總摩爾數(shù)的變化。首先將產(chǎn)物的生成速率變?yōu)閷?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%時的分率：其中：但上述假定的反應(yīng)步驟不是唯一的。t(h)01234567893 釜式反應(yīng)器：（1）(2) 因為間歇反應(yīng)器的反應(yīng)時間與反應(yīng)器的大小無關(guān)。 反應(yīng)器的實(shí)際體積：丙酸的產(chǎn)量為：500kg/h=?？梢娭灰玫剑ˋ）式的解，則可容易化簡得到（B）,(C)及(D)式的解。（3）用半間歇反應(yīng)器，若欲使CA低，CB高，可以將B一次先加入反應(yīng)器，然后滴加A.：（1）苯酚濃度苯酚產(chǎn)量（2）全混流反應(yīng)器苯酚產(chǎn)量（3）說明全混釜的產(chǎn)量小于間歇釜的產(chǎn)量，這是由于全混釜中反應(yīng)物濃度低，反應(yīng)速度慢的原因。（1） （5）取步長△t=，直至求至t=。 由（1）式解出CA1代入（3）式可解出CA2。將τ1,τ2代入（5）式即可求出B的最高濃度，,τ2代入CA2，則由XA2=(CA0CA2)/CA0可求出最終轉(zhuǎn)化率。 k3=105l/ 。 反應(yīng)體積（2） （2）因為最終轉(zhuǎn)化率相同。，改用活塞流反應(yīng)器生產(chǎn)乙二醇，試計算所需的反應(yīng)體積，并與間歇釜式反應(yīng)器進(jìn)行比較。進(jìn)氣組成為10%NO,1%NO2,9%O2,80%N2,（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），試計算反應(yīng)器出口的