1 绪论
1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：
2CH3OH?O2?2HCHO?2H2O 2CH3OH?3O2?2CO2?4H2O
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。
解：（1）由（1.7）式得反应的选择性为：
S?Y?0.629?0.9611?96.11%X0.720
（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），当进入反应器的总原料量为100mol时，则反应器的进料组成为
组分 空气 水 总计 摩尔分率yi0 4/（2+4+1.3）=0.5479 1.3/（2+4+1.3）=0.1781 1.000 组分 摩尔数n(mol) CH3OH 水 HCHO CO2 27.40-x-y 17.81+x+2y x y 空气 54.79-x/2-3y/2 摩尔数ni0(mol) 27.40 54.79 17.81 100.0 CH3OH 2/（2+4+1.3）=0.2740 设甲醛的生成量为x，CO2的生成量为y，则反应器出口处组成为： 总计 100+x/2+y/2 由甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为69.2%得： x?yx=72%; =69.2% 227.4解得x=18.96; y=0.77 所以，反应器出口气体组成为： CH3OH:
27.4?x?y?100%=6.983% xy100??22x3y?22?100%=40.19% 空气：
xy100??2217.81?x?2y水： ?100%=34.87%
xy100??22xHCHO: ?100%=17.26%
xy100??22yCO2: ?100%=0.6983%
xy100??22
54.79?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：
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
原料气 合成 冷凝分离 100kmol 放空气体 粗甲醇Bkg/h Akmol/h
循环压缩 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 CO H2 CO2
26.82 68.25 1.46
15.49 69.78 0.82
CH4 0.55 3.62
N2 2.92 10.29
粗甲醇的组成为CH3OH 89.15%,(CH3)2O 3.55%,C3H9OH 1.10%,H2O 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1kg粗甲醇而言，其溶解量为CO2 9.82g,CO 9.38g,H2 1.76g,CH4 2.14g,N25.38g。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 H2 CO2 CH4 N2 总计 28 2 44 16 28 26.82 68.25 1.46 0.55 2.92 100 26.82 68.25 1.46 0.55 2.92 100 72.05 13.1 6.164 0.8443 7.844 100 其中xi=yiMi/∑yiMi。进料的平均摩尔质量Mm=∑yiMi=10.42kg/kmol。 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 H2 CO2 CH4 N2 总计 其中冷凝分离后气体平均分子量为 M’m=∑yiMi=9.554
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：
5.38B/28×1000+0.1029A=2.92 (A) 对整个系统就所有物料作衡算得：
100×10.42=B+9.554A (B) 联立（A）、（B）两个方程，解之得 A=26.91kmol/h B=785.2kg/h
28 2 44 16 28 15.49 69.78 0.82 3.62 10.29 100