1绪论1.1解：（1）由（1.7 ）式得反应的选择性为：S = Y = 0.621 = 0.9611 二96・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），当进入反应器的总原料量为100mol时，则反应器的进料组成为设甲醇的转化率为X A,甲醛的收率为Y P,根据（1.3 ）和（1.5 ）式可得反应器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数皿、n p和n c分别为：n=n AO（1-X A）=7.672 moln p=n AO Y P=18.96 moln c=n AO（X A-Y P）=0.7672 mol结合上述反应的化学计量式，水（nv）氧气（n。

）和氮气（n N）的摩尔数分别为：nw=n w+n p+2n c=38.30 moln o=no//2n p-3/2n C=0.8788 moln N=n N O=43.28 mol所以，反应器出口气体组成为：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：CO 2H 2 二 CH 3OH 2C0 4H 2 (CH 3)2O H 2O CO 3H 2 CH 4 H 2O 4CO 8H 2 C 4H 9OH 3H 2OCO H 2O CO 2 H 2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Bkg/h 粗甲醇lOOkmol 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原料气Akmol/CO26.8215.4968.2569.78CO 1.460.82CH0.55 3.622.9210.29粗甲醇的组成为 CHOH 89.15%,（Cf）2O 3.55%,C a H）OH 1.10%,fO 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1kg粗甲醇而言，其溶解量为 CQ 9.82g,CO 9.38g,H 2 1.76g,CH4 2.14g,N 25.38g。

若循环气与原料气之比为7.2 （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：其中X i二y i M/刀y i M。

进料的平均摩尔质量 M m=E y i M=10.42kg/kmol 经冷凝分离后的气体组成（亦即放空气体的组成）如下：其中冷凝分离后气体平均分子量为Mm=E y i M=9.554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N 2作衡算得：5.38B/28 X 1000+0.1029A=2.92 (A)对整个系统就所有物料作衡算得：100 X 10.42二B+9.554A (B)联立(A)、( B)两个方程，解之得A=26.91kmol/hB=785.2kg/h反应后产物中CO 摩尔流量为F CO=0.1549A+9.38B/(28 X 1000)将求得的A 、B 值代入得F CO =4.431 kmol/h故CO 的全程转化率为=F co,o - F eo _ 26.82 — 4・435 — $3 48%F co,o 26.82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=100X 0.2682+7.2 X 100X 0.1549=138.4 kmol/h 所以CO 的单程转化率为产物粗甲醇所溶解的 CO 、CO H 2、CH 和N b 总量D 为D (9.82 9.38 1.76 2.14 5.38)B1000粗甲醇中甲醇的量为(B-D)X 甲/M m =(785.2-0.02848B) X 0.8915/32=21.25 kmol/hXCOX coF co ,0FcoFco ,026.82 一 4.435 138.4 二 16.18% 二 0.02848Bkmol/h所以，甲醇的全程收率为Y 总=21.25/26.82=79.24%甲醇的单程收率为Y 单=21.25/138.4=15.36%2反应动力学基础2.1解：利用反应时间与组分 A 的浓度变化数据，作出C A 〜t 的 关系曲线，用镜面法求得t=3.5h 时该点的切线，即为水解速率。

切线的斜率为:二^07®-—。

・125mol/l ・h6 i(2.6 )式可知反应物的水解速率为-dC AA =0.125mol/l.h dt 2.2解：是一个流动反应器，其反应速率式可用(2.7 )式来表 示dF AF A = F AO (1X A )=Q O C AO (1X A )dFA = -Qo C AodX A故反应速率可表示为：用X 〜V R /Q O 作图，过 V/Q °=0.20min 的点作切线，即得该条件下的dX/d(V R /Q O )值 aVJQ o min0.12 0.148 0.20 0.26 0.34 0.45 Xx%20.0 30.040.0 50.0 60.0 70.0-0.65 - 0.04 - i 79 -0.34 -.故CO 的转化速率为C A° 二电°.1013 ?036.38 10*mol/lRT &314 10 573r A=C A ° —A6.38 10" 1.79 = 1.14 10“mol/l.minA °d(V R /Q °)2.3解：利用(2.10 )式及(2.28 )式可求得问题的解。

注意题 中所给比表面dX A= Q°CA 0 dV R二 C A °dX Ad(V R /Q °)rA的单位换算成m/m3。

(1) k v 二=?b k w =1.13 103 0.0535= 60.46kmol/m 3.hP bP b_6 2(2) k g bk w b3k w = 1.78 10 6kmol/m 2・hg a v w b 30 1033 3 ⑷k c =（RT ）k 二（8.31 700）0.450.0535= 0.333（爲严（遷） 2.4解：由题中条件知是个等容反应过程， 且A 和B 的初始浓度 均相等，即为1.5mol/l ，故可把反应速率式简化，得5 = 0.8C A .5C B .5= 0.8C ；二 0.8C ；0（1 - X A ）2由（2.6 ）式可知—dC A dp Ao （1 —X A ）］ dX A“百― dt =CA^dT 代入速率方程式解得 X=82.76%。

2.5解：题中给出450C 时的k 2值，而反应是在490C 下，故首 先要求出490C 时的k 2值。

利用(2.27 )试，讣出频率因子A:k 2 二 Aexp (需)R TA 二 k ?exp (需)二 2277/e17.58 104/8.314 723二 1.145 1016¥4k 2 二 Aexp^Ep 1.145 1016e 17.58 10 /8.314 72^ 1.055 104m 3(MPa )0.5/m 3.h RT490C 的Kp 值由题给公式计算出log K P 二 2047.8/ 763 - 2.4943log763 - 1.256 10，763 1.8564 10 76323.206 二 1.2524K^ 5.592 10 '(3)k p 二（吉）nK w =（ 1 )0.45 0.1013) 0.0535= 0.1508 kmol kg.h. (MPa)0.45 C A0dX A dt =0.8C ；0(1_X A )2 化简整理得dX A(1 X A ) 积分得 二 0.8C A0dt0.8C A°tX A1X A求k i 值:K ；上k —K ；k 2k2k,=(5.592 10^)1 21.055 10^ 33m 3(MPa ) 1.5/m 3.h求各组分的分压值：2N 2 2日2 NH 3vivP i0 - ----- P A0X AV AP i1+ y A0 §A X Ay i^ —yA0X A(-+ 3)X A =0.14160.2087(1-0.1416) 1 0.2087*(-2)*0.1416 =0.19040.626-3*0.2087* 0.1416= 0.57161 0.2087*(-2)*0.1416P i Ti P各组分的分率及分压值为严=-22y i1+ yA0 X AP i 二y i PVR V y R0 ---- y A0 XAV Ay R0.10二1 ■ yA^'-AXA1 0.035 --1 2 *0.2087* X A 1 0.2087* (-2)* X A45.914X^6.5 1-y A0 - 20.87%，•:；A = y AyA0 -y A0XA1 • y AO^X Ay Hy H0「1y A0X A1 Y AO -I A X AN 19.06% p N2=5.718MPa H57.18%p H =17.15MPaAr+ CH 4 13.79% P Ar+ CH4=4.137MPa反应速率为:2.8解：(1)求出转化率为80%寸各组分的分压:以100mol 为基准x SO Q SQ N bE7.011.082.0 100.00.80 7(1-0.80)=1.4 11-5.6 X 0.5=8.2 5.60 82.0 97.2P NH /S =33 ・0汉 5・ 718 x 17・151" — 1.055X10433 17.151.5=4.023 10 m /m cat ・h(179・6kmol/m cat ・h)2.6 解：图 2.1 (1) 可逆反应 (2) 放热反应(3) M 点速率最大，A 点速率最小 率最小(4) 0 点速率最大，B 点速率最小 率最小(5) R 点速率大于C 点速率 率 (6) M 点速率最大 判断H,M 点的速率大小。

图2.2可逆反应 吸热反应M 点速率最大，A 点速 H 点速率最大，B 点速 C点速率大于R 点速 根据等速线的走向来2.7解：从题中可知，反应条件除了温度不同外，其它条件都相 同，而温度的影响表现在反应速率常数 k 上，故可用反应速率常数之 比来描述反应速率之比。