文档介绍：1 绪论
解:(1)由()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:(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
组分
摩尔分率yi0
摩尔数ni0(mol)
CH3OH
2/(2+4+)=
空气
4/(2+4+)=
水
/(2+4+)=
总计
设甲醇的转化率为XA,甲醛的收率为YP,根据()和()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)= mol
nP=nA0YP= mol
nC=nA0(XA-YP)= 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= mol
nO=nO0-1/2nP-3/2nC= mol
nN=nN0= mol
所以,反应器出口气体组成为:
组分
摩尔数(mol)
摩尔分率%
CH3OH
HCHO
H2O
CO2
O2
N2
 
 
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
冷凝分离
合成
原料气 Bkg/h 粗甲醇 Akmol/h
循环压缩
100kmol
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
H2
CO2
CH4
N2
粗甲醇的组成为CH3OH %,(CH3)2O %,C3H9OH %,H2O %,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CO2 ,CO ,H2 ,CH4 ,。(摩尔比),试计算:
(1)   一氧化碳的单程转换率和全程转化率;
(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,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:
组分
摩尔质量
yi0(mol%)
Fi0(kmol/h)
质量分率xi0%
CO
28
H2
2
CO2
44
CH4
16
N2
28
总计
 
100
100
100
其中xi=yiMi/∑yiMi。进料的平均摩尔质量Mm=∑yiMi=。
经冷凝分离后的气体组成(亦即放空气体的组成)如下:
组分
摩尔质量
摩尔分率yi
CO
28
H2
2
CO2
44
CH4
16
N2
28
总计
 
100
其中冷凝分离后气体平均分子量为
M’m=∑yiMi=
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N2作衡算得:
×1000+= (A)
对整个系统就所有物料作衡算得:
100×=B+ (B)
联立(A)、(B)两个方程,解之得
A= B=
反应后产物中CO摩尔流量为
FCO=+/(28×1000)
将求得的A、B值代入得
FCO= kmol/h
故CO的全程转化率为