内容发布更新时间 : 2024/5/13 20:14:00星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

第一章

在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：

进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为%。试计算

（1） （1） 反应的选择性；

（2） （2） 反应器出口气体的组成。

解：（1）由（）式得反应的选择性为：

（2）进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：（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 组分 摩尔分率yi0 摩尔数ni0(mol) CH3OH 2/（2+4+）= 空气 4/（2+4+）= 水 （2+4+）= 总计 设甲醇的转化率为XA，甲醛的收率为YP，根据（）和（）式可得反应器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数nA、nP和nc分别为：

nA=nA0(1-XA)= mol nP=nA0YP= mol

nC=nA0(XA-YP)= mol

结合上述反应的化学计量式，水（nW）、氧气（nO）和氮气（nN）的摩尔数分别为：

nW=nW0+nP+2nC= mol

nO=nO0-1/2nP-3/2nC= mol nN=nN0= mol

所以，反应器出口气体组成为： 组分 摩尔数（mol） 摩尔分率% CH3OH HCHO H2O CO2 O2 N2

1. 1. 2工业上采用铜锌铝催化剂由一氧化碳和氢合成甲醇，其主副反应如

下：

由于化学平衡的限制，反应过程中一氧化碳不可能全部转化成甲醇，为了提高原料的利用率，生产上采用循环操作，即将反应后的气体冷却，可凝组份变为液体即为粗甲醇，不凝组份如氢气及一氧化碳等部分放空，大部分经循环压缩机后与原料气混合返回合成塔中。下图是生产流程示意图

冷凝分离 合成

原料气 Bkg/h 粗甲醇 Akmol/h 循环压缩 100kmol 放空气体

原料气和冷凝分离后的气体组成如下：（mol）

组分 原料气 冷凝分离后的气体 CO H2 CO2 CH4 N2

粗甲醇的组成为CH3OH %,(CH3)2O %,C3H9OH %,H2O %,均为重量百分率。在操作压力及温度下，其余组分均为不凝组分，但在冷凝冷却过程中可部分溶解于粗甲醇中，对1kg粗甲醇而言，其溶解量为CO2 ,CO ,H2 ,CH4 ,。若循环气与原料气之比为（摩尔比），试计算：

（1） （1） 一氧化碳的单程转换率和全程转化率； （2） （2） 甲醇的单程收率和全程收率。 解：（1）设新鲜原料气进料流量为100kmol/h，则根据已知条件，计算进料原料气组成以质量分率表示如下： 组分 摩尔质量 yi0(mol%) Fi0(kmol/h) 质量分率xi0% CO 28 H2 2 CO2 44 CH4 16 N2 28 总计 100 100 100 其中xi=yiMi/∑yiMi。进料的平均摩尔质量Mm=∑yiMi=kmol。 经冷凝分离后的气体组成（亦即放空气体的组成）如下：

组分 摩尔质量 摩尔分率yi CO 28 H2 2 CO2 44 CH4 16 N2 28 总计 100 其中冷凝分离后气体平均分子量为 M’m=∑yiMi=

又设放空气体流量为Akmol/h，粗甲醇的流量为Bkg/h。对整个系统的N2作衡算得：

28×1000+= (A) 对整个系统就所有物料作衡算得：

100×=B+ (B) 联立（A）、（B）两个方程，解之得

A=h B=h

反应后产物中CO摩尔流量为

FCO=+(28×1000) 将求得的A、B值代入得

FCO= kmol/h

故CO的全程转化率为

由已知循环气与新鲜气之摩尔比，可得反应器出口处的CO摩尔流量为

F’CO,0=100×+×100×= kmol/h 所以CO的单程转化率为

产物粗甲醇所溶解的CO2、CO、H2、CH4和N2总量D为

粗甲醇中甲醇的量为

(B-D)X甲/Mm= ×32= kmol/h 所以，甲醇的全程收率为

Y总==%

甲醇的单程收率为

Y单==%

2 反应动力学基础

解：利用反应时间与组分A的浓度变化数据，作出CA～t的关系曲线，用镜面法求得t=时该点的切线，即为水解速率。 切线的斜率为

由（）式可知反应物的水解速率为