第一章 例题与习题解答
例1
每100 kg乙烷（纯度100%）在裂解器中裂解，产生45.8 kg乙烯，乙烷的单程转化率为59%，裂解气经分离后，所得到的产物气体中含有4.1kg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。
解：以B点的混合气体为计算基准进行计算即得到单程转化率和单程收率，而以对A点的新鲜气体为计算基准进行计算得到全程转化率和全程收率。
新鲜原料通过反应器一次所达到的转化率，单程转化率（反应器进口为基准）；新鲜原料进入反应系统起到离开系统止所达到的转化率，全程转化率（新鲜原料为基准）。
现对B点进行计算，设B点进入裂解器的乙烷为100 kg。
循环●E新鲜乙烷●●裂解器分离器产品AB由于乙烷的单程转化率为59%，则在裂解器中反应掉的原料乙烷量为
H?100?0.59?59kg
E点乙烷的循环量
Q?100?H?4.1?100?59?4.1?36.9kg
A点补充的新鲜乙烷量为
F?100?Q?100?36.9?63.1kg
乙烯的选择性为
45.8/2845.8/28S??100%??100%?83.172%
H/3059/30乙烯的单程收率
y?45.8/28?100%?49.07%
100/30乙烯的总收率（摩尔收率）
Y?45.8/2845.8/28?100%??100%?77.77% F/3063.1/30乙烯的总质量收率
Y'?45.845.8?100%??100%?72.58% F63.1乙烷的总转化率 X＝H59?100%＝?100%＝93.5% F63.1
例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?2H2?CH3OH
2CO?4H2?（CH3）2O?H2O）CO?3H2?CH4?H2O
4CO?8H2?C4H9OH?3H2O
CO?H2O?CO2?H2
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，可凝组分分离为液体即为粗甲醇，不凝组分如氢及一氧化碳等部分放空，大部分经循环压缩机压缩后与原料气混合返回合成塔中。下面是生产流程示意图。
合成原料气冷凝分离粗甲醇放空循环压缩
冷凝分离后气体
15.49 69.78 0.82 3.62 10.29
原料气和冷凝分离后的气体中各组分的摩尔分数如下
组成 原料气
CO H2 CO2 CH4 N2
26.82 68.25 1.46 0.55 2.92
粗甲醇中各组分的质量分数分别为CH3OH 89.15%、（CH3）2O 3.55%、C4H9OH 1.1%、H2O 6.2%。
在操作压力及温度下，其余组分均为不凝组分，但在冷却冷凝中可部分溶解于粗甲醇中，对1kg粗甲醇而言，其溶解量为CO2 9.82g、CO 9.38g、H2 2.14g、CH4 2.14g、N2 5.38g。若循环气与原料气之比为7.2（摩尔比），试计算： （1）一氧化碳的单程转化率和全程转化率； （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，根据已知条件，计算进料原料气组成如下：
组分
摩尔质量
yi0(mol%)
Fi0(kmol/h)
质量分率xi0%
质量流量kg/h
CO H2 CO2 CH4 N2 总计 28 2 44 16 28
ii26.82 68.25 1.46 0.55 2.92 100 26.82 68.25 1.46 0.55 2.92 100
m72.05 13.1 6.164 0.8443 7.844 100 760.96 136.5 64.24 8.8 81.76 1042.26
其中 xi?yiMi/?yM，进料的平均摩尔质量M??yiMi?10.42kg/kmol。
CH4 16 3.62
N2 28 10.29
总计 100
经冷凝分离后的气体组成，亦即放空气体的组成如下：
组 分 CO H2 CO2 摩尔质量 Mi 28 2 44 摩尔分率 yi 15.49 69.78 0.82 其中冷凝分离后气体平均分子量为
'Mm??yiMi?9.554
又设放空气体流量为A kmol/h，粗甲醇的流量为 B kg/h。对整个系统的N2作衡算得：
5.38B/28?1000?0.1029A?2.92 （1）
对整个系统所有物料进行衡算得： 100?10.42＝B?9.554A （2）
联立（1）与（2）两个方程，解之得：
A＝26.91 kmol/h, B=785.2 kg/h
反应后产物中CO摩尔流量为
FCO＝0.1549A?9.38B/28?1000?4.431kmol/h
故CO的全程转化率为
xCO?FCO,0?FCO26.82?4.431??83.48%
FCO,026.82由已知循环气与新鲜气之摩尔比，可得反应器进口处的CO摩尔流量为：
F'co,0?100?0.2682?7.2?100?0.1549＝138.4kmol/h
所以CO的单程转化率为
x'CO?FCO,0?FCO26.82?4.431??16.18%
F'CO,0138.4产物粗甲醇中所溶解的CO2，CO、H2、CH4和N2总量D为
（9.82?9.36?1.76?2.14?5.38）BD＝＝0.02848B＝22.3624kg/h
1000粗甲醇中甲醇的量为
(B?D)x甲/Mm?(785.2?0.02848B)?0.8915/32?21.25kmol/h
所以，甲醇的全程收率为
y总＝甲醇的单程收率为
21.25?100%＝79.24% 26.8221.25?100%＝15.36% 138.4y单＝
第二章 例题习题与解答
例1
在进行一氧化碳变换反应动力学研究中，采用B1
催化剂进行试验，测得正反应活化能
为9.629×104J/mol，如果不考虑逆反应，在反应物料组成相同的情况下，试问反应温度为550℃时的速率比反应温度为400℃时的反应速率大多少倍？ 解：
由题可知，反应条件除温度不同外，其它条件均同，而温度的影响表现在反应速率常数k上，故可利用反应速率常数之比来描述反应速率之比。
E/R(?)96290/8.314(?)r550k550AEXP(?E/RT500)T400T550673823???e?e?23 (倍) r400k400AEXP(?E/RT400)1111 例2
下面是两个反应的T－X关系图，图中AB是平衡线，NP是最佳温度曲线，AM是等温线，HB是等转化率线。根据下面两图回答：
NADHABBFOEPMTMTDRCHXCREOF（1） （2） （3） （4） （5） （6） 解：
如下表所示。 图1 （1） 可逆反应 （2） 放热反应 （3） M点速率最大，A点速率最小 （4） O点速率最大，B点速率最小 （5） R点速率大于C点速率 （6）
M点速率最大
图1 图2
是可逆反应还是不可逆反应？ 是放热反应还是吸热反应？
在等温线上，A、D、O、E、M点中，哪一点速率最大，哪一点速率最小？
在等转化率线上，H、C、R、O、F及B点中，哪一点速率最大，哪一点速率最小？ 在C、R两点中，谁的速率大？
根据图中所给的十点，判断哪一点速率最大？
X图2 可逆反应 吸热反应
M点速率最大，A点速率最小 H点速率最大，B点速率最小 C点速率大于R点速率
需依据等速线的走向来判断H、M点的
速率大小
第三章 例题习题与解答
例1
在一个恒容间歇反应器中进行下列液相反应：
A?B???R
rR?1.6cA kmol/(m3.h)
2A???D rD?8.2c2A kmol/(m3.h)
式中rR、rD分别表示产物R和D的生成速率。反应用的原料为A和B的混合物，其中A的浓度为2kmol/m3，试计算：
（1）A的转化率达到95%时所需要的反应时间。
（2）A的转化率为95%时，R的收率是多少?
（3）若反应温度不变，要求D的收率达70%，能否办到?
（4）改用全混流反应器操作，反应温度与原料组成均不变，保持空时与①情况的反应时间相同，A的转化率能否达到95%?
（5）在全混反应器操作时，A的转化率如仍要达到95%，其它条件不变，R的收率是多少?
解： （1）
反应物A的消耗速率应为两反应速率之和，即
rA?rR?2rD?1.6cA?16.4c2A?1.6cA(1?10.25cA)
可写出此条件下A反应速率：
－分离变量，积分可得：
cAdcA?1.6cA(1?10.25cA) dt1.6t?cA0??(110.25?)dcA??ln(1?xA)?ln[cA10.25cA?1(1?xA)?110.25cA0]
11?10.25cA0代入相关数值，可得：
t?0.6463/1.6?0.4038h
注意：体系中物质浓度影响不同反应的反应速率时，是同时作用的；
多个反应存在时，关键反应组分的反应速率是几个反应分支的反应速率叠加。
（2）
SR?(dCRdCdC1.6CA1 )/(?A)??R??dtdtdCA1.6CA?16.4CA21?10.25CA