化学反应工程第五版 绪论共23页
化学反应工程 课件
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33
• 必有
rA1 2rB1 3rC1 4rD
• 当I为反应物时, r rI
I • I为产物时, r rI
I
34
化学反应动力学方程
• 定量描述反应速率与影响反应速率因素 之间的关系式称为反应动力学方程。大 量实验表明,均相反应的速率是反应物 系组成、温度和压力的函数。而反应压 力通常可由反应物系的组成和温度通过 状态方程来确定,不是独立变量。所以 主要考虑反应物系组成和温度对反应速 率的影响。
9
• 三、按反应器型式来分类,分为 • 1. 管式反应器,一般长径比大于30 • 2. 槽式反应器,一般高径比为1—3 • 3. 塔式反应器,一般高径比在3—30之
间
10
• 四、按传热条件分类,分为 • 1. 等温反应器,整个反应器维持恒温,
这对传热要求很高。 • 2. 绝热反应器,反应器与外界没有热量
个不可逆反应动力学方程,如(-rA)=kf' (cA), 经过积分运算后得到,f(cA)=kt的关系式。
• 例如,一级反应
ln
cA cA0
kt
44
• (2)将实验中得到的ti下的ci的数据代f(ci)函 数中,得到各ti下的f(ci)数据。
• (3)以t为横座标,f(ci)为纵座标,将ti-f(ci) 数据标绘出来,如果得到过原点的直线, 则表明所假设的动力学方程是可取的(即 假设的级数是正确的),其直线的斜率即 为反应速率常数k。否则重新假设另一动 力学方程,再重复上述步骤,直到得到 直线为止。
rAV 1dd ntA
mo m 3 ls1
• nA:反应体系内,反应物A的摩尔数; • V:反应体积
• t:时间
32
对于反 A 2应 B 3 C 4D
化学反应工程绪论
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.
24
化学反应工程简介
1. 典型的化学加工过程
无论是化学工业还是冶金、石油炼制和能源加工等工业过 程,采用化学方法将原料加工成为有用的产品时,生产过 程一般包括如下三个组成部分:
第①和③两部分属于单元操作的研究范围;而②部分 是化学反应工程的研究对象,是生产过程的核心。
例如:催化裂化是一个石油炼厂的核心
.
8
第五章 非理想流动 (10 学时)
反应器中的混合及对反应的影响
5.1 连续反应器中物料混合状态分布 5.2 停留时间分布的测量及其性质 5.3 非理想流动的流动模型 5.4 混合程度及其对反应结果的影响 5.5 非理想流动反应器的计算
.
9
成绩评定
平时成绩 :30%:作业,出勤等 期末考试:70%
化学反应工程 (Chemical Reaction Engineering)
.
1
预备知识
高等数学:微积分,代数方程及微分方程的 求解
物理化学:动力学,热力学 化工原理:流体流动,传递过程
.
2
《化学反应工
化学工业生产过程包括物理变化和化学反应的过程。
荷兰van Krevelen提出“化学反应工程”的概 念,意在系统深入地研究伴有物理过程即传递 现象的化学反应过程。
.
19
从成书来看,1937年G.Dankohler(丹克 莱尔)在Der Chemie Ingeniem的第三卷中就 写了扩散、流动与传热对化学反应收率影 响的专章,堪称是这方面的先驱。
.
34
化学反应工程学的内容
化工动力学:主要研究在工业条件下,化 学反应进行的机理和速率—“三传一反”
反应器的设计与分析:研究不同反应器内 传递过程,温度、浓度等因素对化学反应 动力学的影响规律,找出最优工况和最好 的反应器→获得最大的经济效益。
化学反应工程绪论课件
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管式反应器其物料参数随位置而变。
3、半连续操作
半连续操作反应器的反应物系组成,
釜式:随时间而变
管式:随位置而变。 三)按反应器的传热条件分 1、等温反应器: 整个反应器维持等温操作; 2、绝热反应器:反应器与外界没有热量交换,全 部反应热使物系升温或降温; 3、非等温反应器:与外界有热量交换,但不等温。
1、间歇操作 反应所需的物料一次装入反应器内,反应一定
时间,达到要求的反应程度后便卸出全部物料, 清洗反应器,再装料、反应、卸料。
特点: (1)、反应器内各处的物料浓度、温度均一 (2)、反应器内的物料组成随时间而变
CA0
A
R
CR C
CA
时间 t
2、连续操作
连续地将原料输入反应器,反应产物也连续地从反 应器中流出。
三、化学反应工程的影响因素和研究方法
反应物的浓度与反应温度是影响化学反应速率的两大主 要因素,也是直接因素,对于一个化学反应来说,如果 没有其他因素,只需控制反应温度与反应浓度,这样反 应工程问题非常简单,而在工业生产的大反应器中,除 温度与浓度影响外,还受到物质的扩散和混合等影响。
工业规模的化学反应与实验室规模相比复杂很多,在实 验室规模上影响不大的质量和热量传递,在工业规模可 能起着主导作用。在工业反应器中既有化学反应过程又 有物理过程。物理过程与化学过程相互影响,相互渗透, 有可能导致工业反应器内的反应结果与实验室规模大相 径庭。
1. 实验室规模的试验 2. 小型试验 3. 大型冷膜试验:探索传递规律 4. 中间试验 5. 计算机试验
四、 化学反应及反应器分类
(一)化学反应分类
化学反应工程学科一般是按反应物系的相态来 分类。
1化学反应工程绪论
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2019/10/30
生产硫酸
2019/10/30
1、化学工程发展史及化学反应工程学科的形成
第二阶段:近代化学工业从十八世纪末开 始,以硫酸,硝酸,纯碱的工业规模的生 产过程为开端,至20世纪初,出现了载入 化工发展史册的合成氨的工业生产。
Fritz Haber (1868 - 1934) 生产规模的扩大要求人们对生产 过程的规律有更为透彻的了解, 需要既懂工程又熟悉化学知识。 促使工程与化学相结合
1981年,化学反应工程正式进入我国化工高等教育。
2019/10/30
我国化学工程与技术学科的发展中 里程碑
1935年8月我国化工的先驱吴蕴初先生建成 上海天利氮气厂生产出液氨,吴先生还创 办了天厨味精厂(1923),天原电化厂(1929) 和天盛陶器厂(1934),以及范旭东在天津 创办的永利碱厂,这些化工原料的生产推 动了我国化学工业的发展.
2019/10/30
成熟阶段:60年代石油化工的大发展,生产的日趋大型化和单 机化,及原料加工的不断发展使其进入黄金时代并日趋成熟。
1960年,召开了第二次欧洲化学反应工程会议。从那以后,每 四年举行一次。 1970年,在美国首都(华盛顿)召开了第一次国 际化学反应工程讨论会,以后每两年举行一次。
化学反应工程 孙萍
675457
Chemical Reaction Engineering
要求:
学时:56+16 必修课 平时成绩30%
作业 出勤 实验 期末成绩70% BB: 化学反应工程 注册码:051052
jilkq88 jilkq01 jlkq123 jilkq0 jilinkq jilkq jilkouq jlkouq0 jlkouq6 kqzl0 gfkqyy 024kqyy gfkouq sykqyy0 gfkqyy0 kqyy66 gfyykq
化学反应工程课件
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A
B
R
A B C
c
A
cB
cR
k/ k
c c c K A / B / R /
1/
ABR
c
语言精品资源PPT
9
A A B B R R 1
A
B
R
k/
k
K
1/ C
1. 正逆反应的反应级数之差与相应的化学计量系 数之比为一定值;
2. 化学计量数ν,为速率控制步骤出现的次数。
设 2A+B ↔ R 的反应机理为
第二章 反应动力学基础
天津大学化工学院 反应工程教学组
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1
2.1 化学反应速率
定义:单位时间,单位体积反应物系中某一反应组分 的反应量。
A A BB RR
rA
1 V
dnA dt
, rB
1 V
dnB dt
, rR
1 V
dnR dt
1. 对反应物dn/dt<0,对产物dn/dt>0
k/
k
K
1/ p
E
E
1
H
r
ln
k
ln
k
1
ln
K
p
d ln k d ln k 1 d ln K p 1 Hr
dT 语言精品资源PPT dT dT
1R3 T 2
1
E E H r
对于吸热反应,ΔHr>0 对于放热反应,ΔHr<0
EE
EE
●反应 速率与 温度的 关系
r k f (X A) k g(X A)
(1) A ↔ A*
(2) A* + B ↔ X
(3) A* + X ↔ R
化学反应工程知识点1~3讲义
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知识点1.绪论一、主要讲解内容介绍化学反应工程相关的基本知识,包括化学反应工程的定义、化学反应工程学科的发展、化学反应工程的任务、化学反应工程和其他学科的关系。
二、学习要求本章要求学生能够掌握化学反应工程的定义,明确化学反应工程的任务。
三、视频(已录制完成)四、讲义1.1化学反应工程的定义在工业规模上开发和应用化学反应的工程活动。
1.2化学反应工程学科的发展自然界的物质的运动或变化过程由物理或化学的两类,物理过程不牵涉化学反应,但化学过程却总是与物理因素有着紧密联系。
所以化学反应过程是物理与化学两类因素综合体。
远溯古代,陶瓷制作、酿酒等工艺,但直到本世纪五十年代一直还未形成一门专门研究的独立学科,到1957年举行的第一次欧洲反应工程会议上确立了这一学科的名称。
1.3 化学反应工程的任务化学反应工程学是一门研究化学反应的工程问题的科学,既以化学反应作为研究对象,又以工程问题为研究对象,把二者结合起来的学科体系。
其主要任务包括:分析化学反应的特点、确定合适的反应条件;选择合适的反应器并对其进行最优化设计;对反应器进行最优操作和控制。
1.4 化学反应工程和其他学科的关系a. 数学,微积分、方程的解析求解和数值求解、极值问题等,均是化学反应工程问题求解的基础。
b. 反应动力学:专门阐明学反应速率与各项物理因素(如温度、压力、催化剂等)之间的定量关系。
为实现某一反应,要选定合易的条件及反应器的结构型式、尺寸和处理能力等,这些都依赖于对反应动力学特性的认识。
c. 化工热力学:确定物系的各种物性常数(热容、研所引资、反应热等),看化学反应是否能进行及其反应程度。
为化学反应工程提供反应热、反应平衡常数等基础数据。
d. 催化作用e. 传递工程和流体力学:装置中有动量、热量、质量传递(三传),当规模放大时,出现放大效应。
“三传一反”是三传和反应动力学。
五、小结本章介绍了化学反应工程的定义、学科的发展、任务极其与数学、化工热力学、催化作用及传递工程等学科之间的密切关系。
化学反应工程第一章
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4 反应器的类型
釜式反应器
管式反应器
固定床反应器
流化床反应器
Agitating tank reactor
气液相反应器
Plug flow reactor
Packed bed reactor
Packed bed reactor
Packed bed reactor
Fluidized bed reactor
反应前后物料组成
组分 反应前 % 反应后 % 组分 反应前 % 反应后 %
正丁烷
正丁烯 丁二烯 异丁烷 异丁烯
0.63
7.05 0.06 0.50 0.13
0.61
1.70 4.45 0.48 0
氧气
氮气 水蒸气
7.17
27.0 57.44 -
0.64
26.10 62.07 1.20 1.80
CO2
ISCRE 1
ISCRE 2 ISCRE 3 ISCRE 4 ISCRE 5
Washington
Amsterdam Evanston Heidelberg Houston
USA
Netherlands USA Germany USA
1970
1972 1974 1976 1978
ACS/AIChE
EFChE ACS/AIChE EFChE ACS/AIChE
各因素(T, P, c)的变化规律 最佳工况
化学反应速率:r=f(T,P,C…)
1.2.2 反应工程的研究方法
科学研究的两种主要方法: 1.经验归纳法
2.数学模型法(演绎法)
林语堂在“论东西思想法之不同”:总而
言之,中国重实践,西方重推理。中国重近
情,西人重逻辑。中国哲学重立身安命,西 人重客观的了解与剖析。西人重分析,中国 重直感。西洋人重求知,求客观的真理。中 国人重求道,求可行之道。这些都是基于思
反应工程
![反应工程](https://img.taocdn.com/s3/m/52797c3ff524ccbff12184ff.png)
第一章 绪论 本章内容: 1.1化学反应工程概念 1.2化学反应的转化率、收率和选择性 1.3化学反应器的类型 1.4化学反应器的操作方式 1.5反应器设计的基本方程 1.6工业反应器的放大
1.1化学反应工程 1.1.1典型化工过程
✓化学反应速率 ➢化学反应速率是指单位时间内单位反应 混合物体积中反应物的反应量或产物的 生成量(物质的量)。
2.1化学反应的速率
➢消耗速率:反应系统中,某一反应组分(i)在 单位时间、单位反应体积内,因反应所消耗的物
质的量。消耗速率ri为正值。
恒容过程
ri
1 V
dni dt
ri
dci dt
2.1化学反应的速率
等温恒容反应系统
➢工业生产中,液相反应一般按恒容过程处理,无 论反应是否引起总摩尔数的改变,都不会带来很 大的误差。
➢对于气相反应,反应前后体系物质的总摩尔数可 能变化,进而影响到反应体积的变化,此为变容 过程,最终对反应过程造成较大影响。
➢分子数发生变化的气相反应在间歇反应器中,由 于容积恒定,仍按恒容过程处理。
1.5.2反应器设计的基本方程
输入=输出+消耗+累积
➢ 能量衡算式 输入的热量=输出的热量+反应热+累积的热量
反应热吸热取正值,放热取负值。
➢物料衡算式
对反应组分有:输入量=输出量+转化量+累积量 对产物组分有:输入量=输出量-生成量+累积量
(反应组分A的输入速率)=(A的输出速率)+(A的转 化速率)+(A的累积速率)
nt0
j)V0(1n1t0iN 1jM 1vij
化学反应工程陈甘棠第一章-文档资料36页
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硫酸生产
S O 212O2 S O 3
H2O H2SO 4
05.12.2019
低能耗制H2
1 Ca2B H r2O CaO2 H B r
2 CaO B r 2 Ca2Br12O2
700-7500c 500-6000c
3 3Fe2B 4H r2O F2O e46 H B r + H2
反应用于净化原料
银催化剂
CH2 CH2 CHCH
加氢 CH2 CH2 氧化
(微量) CH CH H2 H2CC2H H2
CHCH
O
H2C CH2
C H C H H 2O
O
用于能源过程
400c
Ca2C C l H 3OH 1400c
氯化钙·甲醇络合物
H
iC4 H8
1000c 阳离子树脂
OCCCH 3
H2 H
(MTBE)
硫酸
CH3
H2O+iC4H8
HO C C CH3
H2 H
(叔丁醇)
05.12.2019
b :高纯硅生产
化学 纯 Si
Si
光谱 纯 Si
Si
SiF 4 (G ) SiF 4 (G )
SiSiF4 2SiF2
05.12.2019
三、反应工程的研究方法
1、模型化方法
参数计算式 建立数学模型 动力学方程式
物料、热量、动量衡算式 求解数学模型的计算方法 计算机软件的实现及计算结果
05.12.2019
2、试验的方法
设备传递过程模型的测定 如:大型冷模测定
无法计算的参数的测定 如:热力学、动力学、催化剂等的参数
化学反应工程
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精品ppt
5
• 从本质上说,物理过程不会改变化学反 应过程的动力学规律,即反应动力学规 律不因为物理过程的存在而发生变化。 但是流体流动、传质、传热过程会影响 实际反应场所的温度和参与反应的各组 分浓度在空间上的分布,最终影响到反 应的结果。
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6
化学反应和反应器的分类
• 化学反应和反应器的分类方法很多,常 按下列四种方法进行分类。
• 一、按反应系统涉及的相态分类,分为
• 1. 均相反应,包括气相均相反应和液相 均相反应。
• 2. 非均相反应,包括气—固相,气—液 相,气—液—固相反应等。
精品ppt
7
• 二、按操作方式分类,分为
• 1 .间歇操作,是指一批物料投入反应器 后,经过一定时间的反应再取出的操作 方法。
• 2 .连续操作,指反应物料连续地通过反 应器的操作方式。
• 3.用模型方程的解讨论客体的特性规律
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18
利用数学模型解决化学反应工 程问题
• 基本步骤为: • 1.小试研究化学反应规律; • 2. • 3.利用计算机或其它手段综合反应规律
和传递规律,预测大型反应器性能,寻 找优化条件; • 4.热模实验检验数学模型的等效性。
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19
第一章
• 式中,nI为体系中参与反应的任意组分I 的摩尔数,αI为其计精品p量pt 系数,nI0为起始时24 刻组分I的摩尔数。
• 因此,该量ξ可以作为化学反应进行程度 的度量。
• ξ恒为正值,具有广度性质,因次为[mol]。 • 反应进行到某时刻,体系中各组分的摩
尔数与反应程度的关系为:
nI nI0I
化学反应工程
精品ppt
1
《化学反应工程》PPT课件
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•
• 例如:
为一气固催化反应
a
7
• 三、反应过程的举例
• 一般来说反应过程包括: 物理现象--传递现象(热量
•
、动量和质量传递过程)
化学现象--化学反应
化学反应工程
教 师:朱 岩 武汉理工大学化工学院
a
1
第一章 绪 论
a
2
• 无论是化学工业还是冶金、石油炼制和能源 加工等工业过程,均采用化学方法将原料加工成 为有用的产品。生产过程包括如下三个组成部分:
•
• 第①和③两部分属于单元操作的研究范围; 而②部分是化学反应工程的研究对象,是生产过 程的核心。
a
10
时间 20世纪30年代 (萌芽阶段) 20世纪40年代 (系统化) 20世纪50年代 (学科确立)
20世纪60年代 (学科发展状大)
20世纪80年代到 90年代中期 (学科交叉和新技术运用)
标志性成果
对扩散、流体流动和传热对反应过程影响的 深刻认识
《化学过程原理》和《化学动力学中的扩散 与传热》出现,对学科形成奠定了基础
(c) 机械搅拌浆态床反应器 (f) 固定床鼓泡床反应器 (i) 喷雾塔式反应器 (l) 气液搅拌釜式反应器14
第三节 反应器的操作方式
间歇操作:一次性投料,卸料。反应物系参数(浓度 或组成等)随时间变化。 连续操作:原料不断加入,产物不断引出,反应器内 物系参数均不随时间变化。 半连续(或半间歇)兼有以上两种过程的特点,情况 比较复杂。
r=f(T、 、P)(对于一定的反应物系而言--
化学反应工程第五版复习资料
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1 绪 论1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应:3222CH OH O 2HCHO 2H O +→+ 32222CH OH 3O 2CO 4H O +→+进入反应器的原料气中,甲醇:空气:水蒸气=2:4:1.3(摩尔比),反应后甲醇的转化率达72%,甲醛的收率为69.2%。
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(1.7)式得反应的选择性为:0.629Y S 0.961196.11%X 0.720====(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),当甲醛和二氧化碳的摩尔数、和分别为:0(1)=7.672 018.960()=0.7672结合上述反应的化学计量式,水()、氧气()和氮气()的摩尔数分别为:0238.300-1/23/20.8788 0=43.281. 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:23CO 2H CH OH +⇔23222CO 4H (CH )O H O +⇔+ 242CO 3H CH H O +⇔+ 24924CO 8H C H OH 3H O +⇔+222CO H O CO H +⇔+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粗甲醇 100 放空气体原料气和冷凝分离后的气体组成如下:()组分 原料气 冷凝分离后的气体 26.82 15.49 H2 68.25 69.78 2 1.46 0.82 4 0.55 3.62 N2 2.92 10.29粗甲醇的组成为3 89.15%,(3)2O 3.553H9 1.102O 6.20%,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1粗甲醇而言,其溶解量为2 9.82g 9.38g2 1.76g4 2.14g25.38g 。
完整版化学反应工程课件
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❖ 相似放大法:生产装置以模型装置的某些参数按 比例放大,即按照相同准数对应的原则放大,称 为相似放大法。
❖ 经验放大法:按照小型生产装置的经验计算或定 额计算,即在单位时间内,在某些操作条件下, 由一定的原料组成来生产规定质量和产量的产品。
数学模型放大法:
基础实 验测试
拟订过 程模型
用
电 子 计 算
8.聚合反应:含缩聚,加成聚合,自由基聚合,离子 型聚合,络合配位聚合,开环聚合,共聚
2.1.2 反应器的分类
间歇反应器 ❖ 按照操作方法分类 管式及釜式连续流动反应器
半间歇反应器
平推流模型
理想流动模型
❖ 按照流动模型分类
全混流模型
非理想流动模型
❖ 间歇反应器:反应物一次加入反应器,经历一定 的反应时间达到所要求的转化率后,产物一次卸 出,生产是分批进行的。如果间歇反应器中的物 料由于搅拌而处于均匀状态,则反应物系的组成、 温度、压力等参数在每一瞬间都是一致的,但随 着操作时间或反应时间而变化,故独立变量为时 间。
着眼于反应物A: A 对于反应物B: B
L M 是连串反应
L 发生的是平行反应
M
例如:甲醇部分氧化生成甲醛的反应
CH3OH + ½ O2 → CH2O +H2O CH2O + ½ O2 → CO +H2O
吸热反应 ❖ 按照反应热效应分
放热反应
均相反应 ❖ 按照相态分布分
非均相反应
间歇过程
❖按照操作方法分 连续过程 (平推流,全混流,中间型)
❖传递工程:涉及到动量传递、热量传递和 质量传递。
❖工程控制:反应器的运转正常与否,与自 动控制水平相关。
1.4 化学反应工程学中涉及的定义
(2021年整理)《化学反应工程》第五版(朱炳辰)课后习题答案
![(2021年整理)《化学反应工程》第五版(朱炳辰)课后习题答案](https://img.taocdn.com/s3/m/f129d4bc27d3240c8547ef33.png)
《化学反应工程》第五版(朱炳辰)课后习题答案编辑整理:尊敬的读者朋友们:这里是精品文档编辑中心,本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的,发布之前我们对文中内容进行仔细校对,但是难免会有疏漏的地方,但是任然希望(《化学反应工程》第五版(朱炳辰)课后习题答案)的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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第一章1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应:3222CH OH O 2HCHO 2H O +→+ 32222CH OH 3O 2CO 4H O +→+进入反应器的原料气中,甲醇:空气:水蒸气=2:4:1.3(摩尔比),反应后甲醇的转化率达72%,甲醛的收率为69。
2%。
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(1。
7)式得反应的选择性为:0.629Y S 0.961196.11%X 0.720====(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),当进设甲醇的转化率为A P )式可得反应器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数n A 、n P 和n c 分别为:n A =n A0(1—X A )=7。
672 mol n P =n A0Y P =18。
96 moln C=n A0(X A—Y P)=0.7672 mol结合上述反应的化学计量式,水(n W)、氧气(n O)和氮气(n N)的摩尔数分别为:n W=n W0+n P+2n C=38.30 moln O=n O0—1/2n P—3/2n C=0.8788 moln N=n N0=43.28 mol1.1.2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:23CO2H CH OH+⇔23222CO4H(CH)O H O+⇔+242CO3H CH H O+⇔+24924CO8H C H OH3H O+⇔+222CO H O CO H+⇔+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Bkg/h Akmol/h100kmol 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 26.82 15。