例题

例题
例1 反应CH 2+HCl −→−CH 2=CHCl 由于乙炔价格高于氯化氢通常使用的原料混合其中是HCl 过量的，设其过量10%。

若反应器出口气体中氯乙烯含量为90%（mol ），试分别计算乙炔的转化率和氯化氢的转化率。

解：已进入反应器的乙炔1mol 为基准，设反应掉的乙炔为Xmol,则 组分 反应器进口 反应器出口 C 2H 2 1 1-X CHl 1+0.1 1.1-X CH 2=CHCl 0 X 总计 2.1 2.1-X 由于反应器出口的氯乙烯的含量为90%，故有
X
X -1.2=0.9 X=0.9947mol 乙炔的转化率22H C X =
0.9947
1 =0.9947 氯化氢的转化率HCl X =
0.9947
1.1
=0.9643 反应程度ε=(1-x)-1-1 =(1.1-x)-1.1
1
=x=0.9947
例 2 在催化剂上进行乙烯氧化反应以生产环氧乙烷，进入催化反应器的气体组成为C 2H 4
15%，O 2 7%，CO 210%,Ar12%,其余为N 2。

反应器出口气体中含乙烯13.1%、氧气4.8%。

试计算乙烯的转化率，环氧乙烷收率和反应的选择性。

解：以100mol 进料为计算基准，设x 和y 分别表示环氧乙烷和二氧化碳的生成量，根
据进料组成和该反应系统的化学计量方程式
2C 2H 4+O 2−→−
2C 2H 4O C 2H 4+3O 2−→−
2CO 2+2H 2O 可列出下表 组分 反应器进口 反应器出口 C 2H 4 15 15-x-y
2
O 2 7 7-x 2 -3
2 y
C 2H 4O 0 x CO 2 10 10+y H 2O 0 y
Ar 12 12 N 2 56 56 总计 100 100-y
2
由于反应器出口气体中乙烯和氧的浓度已知，所以可列出下列两个方程
2
100215X y X -
-
-=0.131 2
1002327X Y
X -
-- =0.048
解上两个方程，得X=1.504mol Y=0.989mol
乙烯的转化量为：1.504+0.989
2 =1.999mol
所以，乙烯的转化率等于1.999
15 =0.1333
环氧乙烷的收率 1.504
15
=0.1003
收率=选择性×转化率 选择性=0.1003
0.1333
=0.7524
P45 例3.1 以少量硫酸为催化剂，在不同得反应器中进行乙酸和丁醇生产乙酸丁酯
CH 3COOH+C 4H 9OH −→−
K
CH 3COOC 4H 9+H 2O 反应在100℃等温进行，反应动力学方程
r A =KC A 2
K=17.4L/(kmol ﹒min)
下标A 代表乙酸其初始浓度C A0为0.00175kmol/L,每天生产乙酸丁酯2400kg,
若乙酸转化率50%，试分别计算在下列反应器中进行
（1） 间歇反应器，设每批操作的辅助时间为0.5h （2） 平推流反应器
（3） 全混流反应器的反应器体积
解：该反应为液相反应，物料密度变化很小，近似认为是恒容过程。

首先由每天生产乙酸丁酯2400kg ，转化率为0.5，折算单位时间原料处理量
V 0= 116242400
⨯×10.5 ×10.00175
=985L/h
（1） 求间歇反应器体积
t=-)1(1)11(100200Af Af A A Af C C C C A
A
A A X X KC C C K KC dC r dC Af
A Af A -=-=-=⎰⎰
=
h 547.0min 8.32)
5.01(00175.04.175
.0==-⨯⨯
V R =V 0(t+t 0)=985(0.547+0.5)=1031L
（2） 求平流反应器体积
V=
=⎰
Af
X A
Af A r dX C V 0
0⎰
-Af
X Af A Af
A X KC dX C V 0
20
0)
1(
=
L X X C V V Af Af A 5395
.015.000175.04.1760985100=-⨯⨯=-⨯- (3)
求全混流反应器体积
V=V 0τ= L X KC X C V Af A Af
A 1078)
5.01(00175.04.175.060985
)1(2
22000=-⨯⨯⨯=- P76 例3.7 流化床反应器中，由于催化剂失活，需不断进行再生循环，固体催化剂克里不
断流进流出反应器，催化剂粒子在流化床中流动模型可以用全混流模型模拟。

催化剂活性R 与其年龄a 的关系为：R （a ）=e
-ka
,若催化剂流经流化床的平均
停留时间为τ，试确定反应器内催化剂的平均活性R 。

解：R =
⎰
∞
)()(da a I a R
)exp(1)](1[)(τ
τa a F V v a I -=-=
τ
τ
τk da e e
R a
ka
+=
=
-∞
-⎰
11
1
P80 例3.8 在一实际搅拌槽反应器中进行二级反应，以全混流和平推流反应器的串联组合
方式模拟。

试分析计算将全混流反应器串联在前和后两种不同组合方法，反应
的转化率。

设物料在全混流和平推流反应器中的空时分别为τs ,τp 均等于1min ，反应速率常数k 等于1m 3
/(kmol ·min),液相反应物的初始浓度C A0等于1kmol/m 3。

解（1）全混流反应器串联在前
假设出全混流反应器的浓度为C A1， τs = (C 0-C A1)/kC 2
0112
1=-+A A C C C A1=0.618(kmol/m 3
) )1
1(11
A A p C C K -=
τ )/(328.01618
.01
13m kmol C A =+=
X A =61.8%
(2)平推流反应器串联在前
5.0)/(5.01
1/11
231=-+=+=
A A A C C m kmol C C A =0.366kmol/m 3
X A =63.4% 1. 每100kg 乙烷（纯度100%）在裂解器中裂解产生46.4kg 乙烯，乙烷的单程转化率为60%，
裂解气经分离后所得到的产物气体中含有4kg 乙烷，其余未反应的乙烷返回裂解器。

求乙烯的选择性、收率、总收率和乙烷的总转化率。

→←循环器 解：
新鲜乙烷A
产物分离器裂解器−→−−→−−→−
N M 以M 点的混合气体为计算基准进行计算即得单程转化率和单程收率，而以A 点的新
鲜气体为计算基准进行计算则得到全程转化率和全程收率。

现对M 点进行计算设M 点进入裂解器的乙烷为100kg 由单程转化率为60%,则反应掉的原料乙烷量 H=100×0.6=60kg
乙烷的循环量 Q=100-H-4=100-60-4=36kg 补充的新鲜乙烷量 F=100-Q=100-36=64kg
乙烯的选择性 S=46.4/28H/36 ×100%=46.4/28
60/36 ×100%=820857%
乙烯的单程收率 y=46.4/28
100/36
×100%=49.71%
乙烯的总收率 Y=46.4/28F/36 ×100%=46.4/28
64/36 ×100%=77.68%
乙烷的总转化率 X=H F ×100%=60
64 ×100%=93.75%
2. 进入二氧化硫氧化器的气体组成（摩尔分数）为SO 2
3.07%,SO 3
4.6%,O 2 8.44%,N 2 83.89%,离开反应器的气体中二氧化硫的含量为1.5%（摩尔分数），试计算二氧化硫的转化率 解：二氧化硫的氧化反应式为 2SO 2+O 2⇔2SO 3
以
100mol 进口气体为基准，同时设二氧化硫的转化量为R （mol ）,由反应式可知，
2mol SO 2与1mol O 2生成2mol SO 3，因此反应前后各个反应组分的量如下表所示 组分 进口% 出口% SO 2 3.07 3.07-R SO 3 4.60 4.60+R O 2 8.44 8.44-R
2
N 2 8.089 83.89 总计 100.0 100-R
2
由题意得
015.62
10007.3=-
-R R
R=1.582mol 3. 在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应 2CH 3OH+O 2→2HCHO+2H 2O 2CH 3OH+3O 2→2CO 2+4H 2O
反应后甲醇的转化率为72%，甲醛的收率为69.2%，试计算反应的选择性。

解：S=Y X =69.2%72%
=96.11%。