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化学反应工程习题解答吴元欣

第一章绪论

1-1解：（1）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=2：4：1.3（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+1.3）=0.2740

27.4

空气

4/（2+4+1.3）=0.5479

54.79

H2O

1.3/（2+4+1.3）=0.1781

17.81

总计

1

100

设甲醇的转化率为XA，甲醛的收率为YP，反应器出口CH3OH、CH3CHO和CO2的摩尔数nA、nP和nc分别为：

nA=nA0(1-XA)=7.672mol

nP=nA0YP=18.96mol

nC=nA0(XA-YP)=0.7672mol

可列出下表：

组成

反应器进口/%

反应器出口/%

C2H4

15

15-x-0.5y

O2

7

7-0.5x-1.5y

C2H4O

0

x

CO2

10

10+y

H2O

0

y

Ar

12

12

N2

56

56

总计

100

100-0.5x

由于反应器出口气体中乙烯和氧的摩尔分数已知，所以可列出下面两个方程：及

解得：x=1.504moly=0.989mol

乙烯的转化量为：1.504+0.989/2=1.999mol

所以，乙烯的转化率为：1.999/15=13.33%

环氧乙烷的收率为：1.504/15=10.03%

反应的选择性为：S=0.1003/.1333=75.24%

1-5解：由丁二烯氧化反应可知，反应过程中，反应混合物的总物质的量发生变化。如果进料为100mol，则由氮平衡可算出反应后混合气的量为：

其中，正丁烯的量=103.4×0.017=1.758mol

丁二烯的量=103.4×0.0445=4.60mol

若以反应器进料为基准，则正丁烯的转化率

丁二烯的收率

丁二烯的选择性

循环气反应器

循环气

反应器

纯产品

新鲜气

设原料的进料量为100Kg/h，则有质量守恒，出反应器的量也为100Kg/h，则出反应器的HCHO为1.6Kg/h，C4H6O2为7.65Kg/h：

转化率

单程收率

总收率

选择性

第二章均相反应动力学

2-3解：反应物A的消耗速率应为两反应速率之和，即

由得：

对上式积分：

2-4解：（1）由题意可将反应速率表示为:

对于恒容过程，则有

当时

（2）对于恒压过程，是个变容反应过程，由（2.49）式可求得总摩尔数的变化

反应物A的原始分率：

由（2.52）式可求得转化率为80%时的浓度：

2-8解：在初始浓度相同的条件下，有：

又

∴

则

代入数据，得

2-13解：对二级反应

有

对上式积分

a）.时，

当时，,；

当时，,；

当时，,。

b）.时，

当时，,；

当时，,；

当时，,

讨论：在初始物料相同的条件下，要求的转化率越高则所需要的反应时间越长，而且在高转化率时增大一定的转化率所需的时间较低转化率时要长得多；在转化率一定的条件下，过量比越大，所需要的反应时间越短。