题目

绪论1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应:(H)_(3)OH+(O)_(2)arrow 2HCHO+2(H)_(2)O(H)_(3)OH+(O)_(2)arrow 2HCHO+2(H)_(2)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) 反应的选择性;(2) 反应器出口气体的组成。

绪论

1.1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=2:4:1.3(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) 反应的选择性;

(2) 反应器出口气体的组成。

题目解答

解:(1)由(1.7)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=2:4:1.3(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XA,甲醛的收率为YP,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nA、nP和nc分别为:

nA=nA0(1-XA)=7.672 mol

nP=nA0YP=18.96 mol

nC=nA0(XA-YP)=0.7672 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=38.30 mol

nO=nO0-1/2nP-3/2nC=0.8788 mol

nN=nN0=43.28 mol

所以,反应器出口气体组成为:

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

设为一级不可逆反应,用dCA/dt~CA作图得一直线,其斜率为0.5h-1,其动力学方程可表示为:

或将速率方程直线化,即两边取对数,得:

可简化为y=b+ax形式,利用多元回归,可求得反应级数n=1.004≈1,反应速率常数值为k=0.4996。

还可用一数学公式来拟合CA~t曲线,然后再将该数学公式对t求导,求得dCA/dt之值,此法会比作图法来的准确。

2.19在Ni催化剂上进行甲烷化反应:

由实验测得200℃时甲烷的生成速率RCH4及CO和H2的分压pCO,pH 2的关系如下:

若该反应的动力学方程可用幂函数表示,试用最小二乘法求一氧化碳的反应级数及正反应速率常数。

解:由题意可写出速率方程式:

但由于氢的分压保持为0.1013MPa的恒定值,反应速率式可简化为:

式中。将速率式直线化:

或

式中,由残差平方和最小而导出最小二乘法的系数计算式:

将累加值代入a,b系数式中,得:

2.20在铂催化剂上,乙烯深度氧化的动力学方程可表示为:

式中pA,pB分别表示乙烯及氧的分压。在473K等温下的实验数据如下:

试求该温度下的反应速率常数k和吸附平衡常数KB。

解:首先将动力学方程式直线化:

或y=b+ax。其中

平均偏差,结果是令人满意的。