化学反应工程第五版 绪论共23页
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知识点1.绪论一、主要讲解内容介绍化学反应工程相关的基本知识,包括化学反应工程的定义、化学反应工程学科的发展、化学反应工程的任务、化学反应工程和其他学科的关系。
二、学习要求本章要求学生能够掌握化学反应工程的定义,明确化学反应工程的任务。
三、视频(已录制完成)四、讲义1.1化学反应工程的定义在工业规模上开发和应用化学反应的工程活动。
1.2化学反应工程学科的发展自然界的物质的运动或变化过程由物理或化学的两类,物理过程不牵涉化学反应,但化学过程却总是与物理因素有着紧密联系。
所以化学反应过程是物理与化学两类因素综合体。
远溯古代,陶瓷制作、酿酒等工艺,但直到本世纪五十年代一直还未形成一门专门研究的独立学科,到1957年举行的第一次欧洲反应工程会议上确立了这一学科的名称。
1.3 化学反应工程的任务化学反应工程学是一门研究化学反应的工程问题的科学,既以化学反应作为研究对象,又以工程问题为研究对象,把二者结合起来的学科体系。
其主要任务包括:分析化学反应的特点、确定合适的反应条件;选择合适的反应器并对其进行最优化设计;对反应器进行最优操作和控制。
1.4 化学反应工程和其他学科的关系a. 数学,微积分、方程的解析求解和数值求解、极值问题等,均是化学反应工程问题求解的基础。
b. 反应动力学:专门阐明学反应速率与各项物理因素(如温度、压力、催化剂等)之间的定量关系。
为实现某一反应,要选定合易的条件及反应器的结构型式、尺寸和处理能力等,这些都依赖于对反应动力学特性的认识。
c. 化工热力学:确定物系的各种物性常数(热容、研所引资、反应热等),看化学反应是否能进行及其反应程度。
为化学反应工程提供反应热、反应平衡常数等基础数据。
d. 催化作用e. 传递工程和流体力学:装置中有动量、热量、质量传递(三传),当规模放大时,出现放大效应。
“三传一反”是三传和反应动力学。
五、小结本章介绍了化学反应工程的定义、学科的发展、任务极其与数学、化工热力学、催化作用及传递工程等学科之间的密切关系。
1 绪 论1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应:3222CH OH O 2HCHO 2H O +→+ 32222CH OH 3O 2CO 4H 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) (1) 反应的选择性;(2) (2) 反应器出口气体的组成。
解:(1)由(1.7)式得反应的选择性为:0.629Y S 0.961196.11%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),当甲醛和二氧化碳的摩尔数、和分别为:0(1)=7.672 018.960()=0.7672结合上述反应的化学计量式,水()、氧气()和氮气()的摩尔数分别为:0238.300-1/23/20.8788 0=43.281. 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:23CO 2H CH OH +⇔23222CO 4H (CH )O H O +⇔+ 242CO 3H CH H O +⇔+ 24924CO 8H C H OH 3H O +⇔+222CO H O CO H +⇔+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粗甲醇 100 放空气体原料气和冷凝分离后的气体组成如下:()组分 原料气 冷凝分离后的气体 26.82 15.49 H2 68.25 69.78 2 1.46 0.82 4 0.55 3.62 N2 2.92 10.29粗甲醇的组成为3 89.15%,(3)2O 3.553H9 1.102O 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1粗甲醇而言,其溶解量为2 9.82g 9.38g2 1.76g4 2.14g25.38g 。
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第一章1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应:3222CH OH O 2HCHO 2H O +→+ 32222CH OH 3O 2CO 4H 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) (1) 反应的选择性;(2) (2) 反应器出口气体的组成。
解:(1)由(1。
7)式得反应的选择性为:0.629Y S 0.961196.11%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),当进设甲醇的转化率为A P )式可得反应器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数n A 、n P 和n c 分别为:n A =n A0(1—X A )=7。
672 mol n P =n A0Y P =18。
96 moln C=n A0(X A—Y P)=0.7672 mol结合上述反应的化学计量式,水(n W)、氧气(n O)和氮气(n N)的摩尔数分别为:n W=n W0+n P+2n C=38.30 moln O=n O0—1/2n P—3/2n C=0.8788 moln N=n N0=43.28 mol1.1.2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:23CO2H CH OH+⇔23222CO4H(CH)O H O+⇔+242CO3H CH H O+⇔+24924CO8H C H OH3H O+⇔+222CO H O CO H+⇔+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Bkg/h Akmol/h100kmol 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 CO 26.82 15。