【導(dǎo)讀】后甲醇的轉(zhuǎn)化率達(dá)72%，甲醛的收率為%。反應(yīng)器出口氣體的組成。進(jìn)入反應(yīng)器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣=2：4：（摩爾比），機(jī)后與原料氣混合返回合成塔中。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。一氧化碳的單程轉(zhuǎn)換率和全程轉(zhuǎn)化率；進(jìn)料的平均摩爾質(zhì)量Mm=∑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。切線，即為水解速率。用XA～VR/Q0作圖，過VR/Q0=的點(diǎn)作切線，即得該條件下的dXA/d值α。注意題中所給比表面的單位換算成m2/m3。

　　

【正文】 2） B 及 D 的收 率。已知操作溫度下， k1= 105l/。 k2= 109s1。 k3= 105l/ 。B的分子量為 140； D的分子量為 140。 解：因 MB=MD=140,所以 MA=MC=70 00000000360 71 /70 71 1000 /360360 74 /70 74 1000 29 /360??? ? ??? ? ???? ? ????AAAAACCCAQWF km ol hMFC m ol lWF km ol hMC m ol l?? 021 2 32 ( )? ??AAA B A CCXk C k C k C C? （ 1） 212? ?BABCk C k C? （ 2） 03?? CCACk C C? （ 3） 由（ 2）， （ 3）式分別得： 2121? ? AB kCC k? ? （ 4） 031? ? CCACC kC? （ 5） 將（ 4），（ 5）式及上述數(shù)據(jù)代入（ 1）式，可整理為τ的代數(shù)方程式，解之得τ= 105s= （ 1） （ 1） 反應(yīng)體積 30 1 0 6 .4 3 6 0 3 8 3 0 0 3 8 .3 0? ? ? ? ?rV Q l m? （ 2） （ 2） 將τ代入（ 4）式得 /?BC m ol l，所以 B的收率為： 02 2 1 . 0 1 6 8 2 . 6 0 %2 . 4 6?? ? ?BBACY C 對(duì) A 作物料衡算： 0 2? ? ?A A B DC C C C 所以有： 00 2 2 2. 46 0. 92 2 1. 01 6 0. 23 12 /? ? ? ? ? ? ? ? ? ?D A A B A A BC C C C C X C m ol l 所以 D 的收率為： 00 . 2 3 1 2 9 . 4 0 %2 . 4 6? ? ?DDACY C 3． 20解：（ 1）二個(gè) 300 l 全混串聯(lián)釜， XA2=， 0111300( 1 )??? ArAQXV kX （ 1） 0 2 122() 300( 1 )????AArAQ X XV kX （ 2） 解得： XA1= 代入（ 1）式求出此系統(tǒng)的體積流量： 0 , 2 3 0 0 0 . 0 8 ( 1 0 . 8 9 5 1 )2 . 8 1 2 / 1 6 8 . 7 / m in0 . 8 9 5 1??? ? ?Q l s l 題中已算出 0 , 1 / m in?Ql。因?yàn)樽罱K轉(zhuǎn)化率相同，故生產(chǎn)能力增加。 （ 2）二個(gè) 300l 釜并聯(lián)，在最終轉(zhuǎn)化率相同時(shí)， Q0增加一倍，生產(chǎn)能力也增加一倍。 3． 21解：3003729 8 , 30 9 , 0. 05 / m i n20 9 10 /1. 8 10 e x p ( 55 26 / 30 9 ) 0. 30 8? ? ?? ? ? ?? ? ? ?rT K T K Q mH kJ km olk （ 1） （ 1） 求轉(zhuǎn)化率： 0 5 5( 1 ) 08 ( 1 )? ? ???A f A frA f A fQ X XVk X X 解得 :XAf= 反應(yīng)器出口物料中醋酐濃 度： 30 ( 1 ) 0 .2 2 ( 1 0 .8 2 2 1 ) 0 .0 3 9 1 4 /? ? ? ? ?A A AC C X k m o l m 3． 22 解： 31 01 , , 0 .9 8 , 2 .1 / , 0 .9?? ? ? ? ?r A A A AV m r k C k h C k m o l l X （ 1） （ 1） 一級(jí)不可逆反應(yīng)： 0 0 01 1 1 1ln ln 2 .3 51 0 .9 8 1 0 .9( ) ( 2 .3 5 0 .6 5 ) 1? ? ???? ? ? ? ?AfrthkXV Q t t Q 所以 Q0=丙二醇的濃度 = 30 2 .1 0 .9 1 .8 9 /? ? ?AAC X k m o l m 丙二醇的產(chǎn)量 = 9 1 / 3 3 / 15 .15 /? ? ? 日km ol h km ol (2) 采用定態(tài)下連續(xù)操作 0 0 1( 1 ) 8 ( 1 )?? ? ???AfrAfQX QVkX 所以 Q0=丙二醇的產(chǎn)量 = 09 9 05 8 / 39 /? ? ? 日km ol h km ol （ 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。 4 管式反應(yīng)器 在常壓及 800℃等溫下在活塞流反應(yīng)器中進(jìn)行下列氣相均相反應(yīng)： 6 5 3 2 6 6 4? ? ?C H CH H C H CH 在反應(yīng)條件下該反應(yīng)的速率方程為： 0. 51. 5 , / .? THr C C m ol l s 式中 CT及 CH分別為甲苯及氫的濃度， mol/l，原料處理量為 2kmol/h，其中甲苯與氫的摩爾比等于 1。若反 應(yīng)器的直徑為 50mm，試計(jì)算甲苯最終轉(zhuǎn)化率為 95%時(shí)的反應(yīng)器長(zhǎng)度。 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： 00?THCC，則有： 0 ( 1 )? ? ?T H T TC C C X 示中下標(biāo) T和 H 分別代表甲苯與氫，其中： 5 3300330 0 00 .5 1 .0 1 3 1 0 5 .6 8 1 0 /8 .3 1 4 1 0 1 0 7 32 / 2 1 / 0 .2 7 8 1 0 /????? ? ? ???? ? ? ? ?TTTTpC k m o l mRTF Q C k m o l h k m o l s 所以，所需反應(yīng)器體積為： 0 0 0 5333 ( 1 ) 8 10 29 6 ( 10 ) ( 1 ) 1???????? ? ? ? ?? ? ????TTXX TTr T TT H TTTdX dXV Q C Q CC C CdX mX所以，反應(yīng)器的長(zhǎng)度為： 23 . 0 0 6 1 5 3 1 . 10 . 0 5 3 . 1 4 / 4 ?? m ，改用活塞流反應(yīng)器生產(chǎn)乙二醇，試計(jì)算所需的反應(yīng)體積，并與間歇釜式反應(yīng)器進(jìn)行比較。 解：題給條件說明該反應(yīng)為液相反應(yīng)，可視為恒容過程，在習(xí)題 中已算出： 0 /?Q l h 0 1 /?AC m ol l 所以，所需反應(yīng)器體積： 00 00 0 000( 1 ) ( )275. 8 1 1 1 ? ??? ? ?? ? ?? AX ArAA A B A AAAAdXV Q CkC X C C XQ X lkC X 由計(jì)算結(jié) 果可知，活塞流反應(yīng)器的反應(yīng)體積小，間歇釜式反應(yīng)器的反應(yīng)體積大，這是由于間歇式反應(yīng)器有輔助時(shí)間造成的。 105Pa 及 20℃下在反應(yīng)體積為 化氮氧化反應(yīng)： 2243222 2 1 .4 1 0 , / .? ? ? ?N O N O ON O O N O r C C k m o l m s 式中的濃度單位為 kmol/m3。進(jìn)氣組成為 10%NO,1%NO2,9%O2,80%N2,若進(jìn)氣流量為（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），試計(jì)算反應(yīng)器出口的氣體組成。 解：由 NO 氧化反應(yīng)計(jì)量方程式可知此過程為變?nèi)葸^程，其設(shè)計(jì)方程為： 20 400 1. 4 10? ??AXrAAABV dXCQ CC （ A） 示中 A,B 分別代 表 NO和 O2。由題意可知，若能求得出口轉(zhuǎn)化率，由（ ）式得： 0001?? ?ii A AAiA A Ay y Xy yX??? 便可求出反應(yīng)器出口氣體組成。已知： 003 4 3020233023301, 0, 92 ( 27 3 20 ) / 27 3 44 / 88 8 10 / 77 10 /22 .4 77 10 59 10 / 44 77 10 9 43 10 / 44??????? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ???? ? ???? ? ?? iA A BAiAByyQ m h m sF km ol hC km ol mC km ol m??? 所以，反應(yīng)速率為： 220 0 04223431( 1 ) ( ) 10( 1 5 ) ( 1 5 )( 1 ) ( 43 78 ) 10( 1 5 )???????? ? ????A A B A AAAAAAAC X C C XrXXXXX 再將有關(guān)數(shù)據(jù)代入（ A）式： 3342 00. 5 14 4. 15 9 10 ( 1 0. 05 )1. 78 9 10 ( 1 ) ( 3. 74 3 2. 07 8 )??? ? ? ??? ? ?? AX A AAAX dXXX （ B） 用數(shù)值積分試差求得： %?AX 因此， 2200 ( 1 97 ) 32 %1 5 1 5 971 9 972 27 %1 5 972 97211 .54 6%1 5 9784 .19 7%1 5 97? ?? ? ?? ? ?? ? ?????? ? ?????????A A AAABNONy y XyXyyy 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(huì)有太大的誤差。 在內(nèi)徑為 的活塞流反應(yīng)器中將乙烷熱裂解以生產(chǎn)乙烯： 2 6 2 4 2??C H C H H 反應(yīng)壓力及溫度分別為 105Pa 及 815℃。進(jìn)料含 50%(mol)C2H6,其余為水蒸汽。進(jìn)料量等于 。反 應(yīng)速率方程如下： ??A Adp kpdt 式中 pA 為 乙烷分 壓。在 815 ℃時(shí)， 速率常數(shù) ??ks， 平衡常數(shù) 10??K Pa，假定其它副反應(yīng)可忽略，試求： （ 1） （ 1） 此條件下的平衡轉(zhuǎn)化率； （ 2） （ 2） 乙烷的轉(zhuǎn)化率為平衡轉(zhuǎn)化率的 50%時(shí)，所需的反應(yīng)管長(zhǎng)。 解：（ 1）設(shè)下標(biāo) A— 乙烷， B— 乙烯， H— 氫。此條件下的平衡轉(zhuǎn)化率可按平衡式求?。? ? BHpAppK p 5015050150110 1yyyy5011501yyy11111 50Py , 1yyy100B0B000AA0000000eAeAeAeAAAAAAAHBeAeAAAAAAAAiiAAAAAAiiiAAAAAAiiiX.X*.X.X*.*XyXX.)X(.XyX.ypXyXXyXppp????????????????????????????????????＝－＝， 610144971501 50 422.X*.P)X)(X.( Pyyp ppKAeAeAeAHBAHB Ae??????? 若以 1 摩爾 C2H6為基準(zhǔn)，反應(yīng)前后各組分的含量如下： 2 6 2 4 2 2,? ? ?C H C H H H O 反應(yīng)前 1 0