化学反应工程作业

1、会计学1化学反应工程作业化学反应工程作业第1页/共23页反应器出口组成如下：反应器出口组成如下：CH3OH ：27.397(1-72%)=7.671molCH2O ：27.39769.2%=18.959molCO2： 27.39772%-18.959=0.767molH2O ：18.959+0.767 2+17.808=38.01molO2：11.468-18.959/2-1.5 0.767=0.838molN2：42.756mol组成组成物质的量物质的量ni0(mol)CH3OH27.397H2O17.808O211.468N242.756注：空气中注：空气中 O2占占20.93% N2占占

2、78.03%解：解：（1）反应选择率）反应选择率 S=Y/x=69.2%/72%=96.11%（2）设进入反应器的原料量为）设进入反应器的原料量为100mol，反应，反应器进料组成如下：器进料组成如下：O4H2COO3OH2CHO2H2HCHOOOH2CH2223223 第1页/共23页第2页/共23页组成组成物质的量物质的量ni(mol)摩尔分数摩尔分数yi(%)CH3OH7.6717.02HCHO18.95917.35CO20.7670.702H2O38.30135.04O20.8380.767N242.75639.12小计小计109.2921第2页/共23页第3页/共23页1-2 甲醇合

3、成过程中含有组分甲醇合成过程中含有组分CO、 CO2、H2、CH3OH、H2O、N2和和CH4。已知反应。已知反应器进口各组分的摩尔分数器进口各组分的摩尔分数yi0, i代表各组分代表各组分。取。取CO和和CO2加氢反应为关键反应，分别加氢反应为关键反应，分别导出导出: （1）出口气体中关键组分摩尔分数为）出口气体中关键组分摩尔分数为yCO2和和yCO时；时； （2）出口气体中关键组分摩尔分数为）出口气体中关键组分摩尔分数为yCH3OH和和yCO2时时, 其余各组分摩尔分数的计算表达式。其余各组分摩尔分数的计算表达式。第3页/共23页第4页/共23页OHCOHCOOHOHCH3HCOOHCH2

4、HCO222232232 (1)(2)(3)解：取解：取CO和和CO2加氢反应为关键反应，反应方程式为：加氢反应为关键反应，反应方程式为： 其中其中(2) (1) (3) ，故可取，故可取(1) 、(2) 或或(1) 、(3) 为关键为关键反应式。反应式。第4页/共23页第5页/共23页进口进口出口出口组分组分摩尔分摩尔分率率摩尔流摩尔流量量摩尔流量摩尔流量摩尔分摩尔分率率COCO2H2CH3OHH2ON2CH4小计小计11(1) 出口气体中关键组分摩尔分数为出口气体中关键组分摩尔分数为yCO2和和yCO，取取1、2反应。反应。0COy02COy02Hy02OHy02Ny04CHyCOy2CO

5、y2HyOHy22Ny4CHyOHCHy300COTyN002COTyN002HTyN002OHTyN002NTyN004CHTyN0TNCOTyN2COTyN)( 3)( 2222000000COTCOTCOTCOTHTyNyNyNyNyN 002NTyN004CHTyN)()(223000000COTCOTCOTCOTOHCHTyNyNyNyNyN 2220000COTCOTOHTyNyNyN )( 22200000COTCOTCOTCOTTTyNyNyNyNNN 03OHCHy003OHCHTyN第5页/共23页第6页/共23页00022221221COCOCOCOTTyyyyNN )(

6、 22200000COTCOTCOTCOTTTyNyNyNyNNN 由由可得可得00000000000000000000004224222222222222233222222221221221221221)(221 (221)()(32)32(221221CHCOCOCOCOCHNCOCOCOCONCOCOCOCOOHCOCOOHCOCOCOCOCOCOOHCHOHCHCOCOCOCOHCOCOCOCOHyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy 第6页/共23页第7页/共23页进口进口出口出口组分组分摩尔分摩尔分率率摩尔流摩尔流量量摩尔流量摩尔流量摩尔分摩尔

7、分率率COCO2H2CH3OHH2ON2CH4小计小计11(2) 出口气体中关键组分摩尔分数为出口气体中关键组分摩尔分数为yCH3OH 和和yCO20COy02COy02Hy02OHy02Ny04CHyCOy2COy2HyOHy22Ny4CHyOHCHy300COTyN002COTyN002HTyN002OHTyN002NTyN004CHTyN0TN2233000000)(COTCOTOHCHTOHCHTCOTyNyNyNyNyN 2COTyN)()( 222332000000COTCOTOHCHTOHCHTHTyNyNyNyNyN 002NTyN004CHTyNOHCHTyN32220000

8、COTCOTOHTyNyNyN OHCHTOHCHTTTyNyNNN3322000 03OHCHy003OHCHTyN第7页/共23页第8页/共23页000000000000003344332223322223233323332322212121212121)()(212122121)2(OHCHOHCHCHCHOHCHOHCHNNCOOHCHOHCHCOOHOHCOOHCHCOOHCHCOOHCHOHCHCOCOOHCHOHCHOHCHCOOHCHHHyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy OHCHTOHCHTTTyNyNNN3322000 00332121OHCHOH

9、CHTTyyNN 得得第8页/共23页第9页/共23页OHOHCH3HCOOHCH2HCO232232 第9页/共23页第10页/共23页232210COOHCHTTyyNN 得得)21 ()21 ()21)()(21 (2)21)(3443222322223232332220000000OHCHCHCHOHCHNNCOOHCHCOOHOHCOOHCHCOCOOHCHCOCOOHCHOHCHCOHHyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy 23220COTOHCHTTTyNyNNN 由由第10页/共23页第11页/共23页1-3 确定下列反应物系的独立反应数。确定下列反应物系的独立反应数

10、。(1)CO、CO2、H2、CH3OH、H2O、CH4、CH3OCH3、 C4H9OH、N2H、C、O、N(2) CO2、MgO、CaO、MgCO3、CaCO3 Ca、Mg、C、O第11页/共23页第12页/共23页解解(1)：写出原子：写出原子矩阵矩阵NOCHrccNOCHNOHNOH29433423222943342322 HC OCHCH CH OHOHCHCOCOH131 HC OCHCH CH OHOHCHHCOCOji2000000000110112100421011100532120012/ 1,2000000000110110210421010110106424200 第12页

11、/共23页第13页/共23页NOCHccNOCHrrrNOCHrrOHNNOHNOHOHCH HC OCHCH CH OHCOCOH94 HC OCHCH CH OHOHCHCOCOH432 HC OCHCH CH OHOHCHCOCOH233943342222294334232229433423220000010000311101001732100102532100011000000000311101000732110100532120012/ 1200000000031110100042101110053212001 第13页/共23页第14页/共23页 由此可知，矩阵由此可知，矩阵ji的

12、秩为的秩为4，而反应组分数为，而反应组分数为9，因此独立反应数等于因此独立反应数等于945。 若选定若选定H2O、CH4、 CH3OCH3 、 C4H9OH、 CH3OH为为关键组分关键组分,5个独立反应的各计量系数向量可表示为：个独立反应的各计量系数向量可表示为： TTTTT1 , 0 , 0 , 0 , 0 ,0 , 1 , 0 , 0 , 0 ,0 , 0 , 1 , 0 , 0,0 , 0 , 0 , 1 , 0 ,0 , 0 , 0 , 0 , 1 ,453525155443424144433323133423222122413121111 010000010000010000010

13、000010000010000311101001732100102532100014544434241353433323125242322211514131211OHCH HC OCHCH CH OHCOCOH3943342222 NOCHOHN第14页/共23页第15页/共23页可得出可能的反应方程式为：可得出可能的反应方程式为：010000010000010000010000010000010000311101001732100102532100014544434241353433323125242322211514131211OHCH HC OCHCH CH OHCOCOH3943342

14、222 NOCHOHNOHCHCOHOHHCCOCOHOCHCHCOCOHCHCOCOHOHCOCOH32942233224222223753322 第15页/共23页第16页/共23页OCrrrrrrMgCaOCMgCa 00000101000101011001)2 (,33112110010101010100123413CaCOMgCOCaOMgO2COji33 解解(2)：写出原子：写出原子矩阵矩阵第16页/共23页第17页/共23页 TT1 , 0 ,0 , 1 ,32221213121111 100100000101000101011001323122211211CaCOMgCOCa

15、OMgO2CO33 可得出可能的反应方程式为：可得出可能的反应方程式为：-1 -1 0 0 1CO2+MgO = MgCO3-1 0 -1 0 1CO2+ CaO = CaCO3 由此可知，矩阵由此可知，矩阵ji的秩为的秩为3，而反应组分数为，而反应组分数为5，因此独立反应数等于因此独立反应数等于532。 若选定若选定MgCO3和和CaCO3为关键组分为关键组分,两个独立反应两个独立反应的各计量系数向量可表示为：的各计量系数向量可表示为：第17页/共23页第18页/共23页;AAVAWARdNdNk fk fdVdW 证证 明明 ( (1 1) )：AARbbRbW ARbRiiiAAppRp

16、W AVvRvipvivRbWpWvdNdNVWdVdWk fdWdVV SSSdNdNWdVdWk fdWSSdVSSSSkkkS 或或 者者1-5第18页/共23页第19页/共23页gCgPgfgwyRTkRT kRT kRT kkP 2AACACCAyAggdNPyPk Ckkyk ydWRTRT ,fp又又 ， 理理 想想 气气 体体 ，接接 近近 于于 所所 以以 有有Aw AfACAACACAP AggdNk fk fdWkdNPk CkPk PdWRTRT 证证 明明 ( (2 2) )：第19页/共23页第20页/共23页00022221221COCOCOCOTTyyyyNN

17、)( 22200000COTCOTCOTCOTTTyNyNyNyNNN 由由可得可得00000000000000000000004224222222222222233222222221221221221221)(221 (221)()(32)32(221221CHCOCOCOCOCHNCOCOCOCONCOCOCOCOOHCOCOOHCOCOCOCOCOCOOHCHOHCHCOCOCOCOHCOCOCOCOHyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy 第20页/共23页第21页/共23页232210COOHCHTTyyNN 得得)21 ()21 ()21)()(21 (2)21)(344322232222323233222