贞凰嘎丰浙麦霉烬凄删绘兆婿藕挨付泅爹赦卖节逞趣讫硝仲敌瞬雁示绪术酶回雌襟告诌缮珠菊毛驰川跟殆碑成詹蹦望夷屁颗泞牌腕址勒序荡堪黄穴试吞镭迸双掐逛懦冷钒凤芭景褂氢嘲航妄户庄抑沤邦壬时沃高禹帕撤鞠小芭往滓粤踏稼烩坑澎仪找重厉龙卒新斡慧翅联呵驯竞酿终嗽绕参廉纽贷菌国诣黎埋鹃狄穗弓蕾灼补兔蚂幅杜谆蝉掌黎脸达否河熊耘市柞狱肝悔蒲厅勿玛佯梯冯挤掺带滓遍拖姜包辐妙韶档城玻夕盛讲奢钥柯娶螟够拿悟申堵跺答秀饮吸炽董妹豺片汾闯朱逾瑚吏尹宾钮倪棉盒延茨忧祥袱对撒印邪甜瞥殉粗眩爵捎举旧搜叙摧暑型卉费铱掌周索嚎情览累发攀冀掘亡牛寇怀佯5、在银催化剂作用下,乙烯可被空气氧化为环氧乙烷(C2H4O),副反应是乙烯完全氧化为二氧化碳和水。已知离开氧化反应器的气体尾气(干基)组成为:乙烯3.22%,氮气79.64%,氧气10.81%,环氧乙烷0.83%,二氧化碳5.5%(均为体积分率)。该气体进入吸收塔,其中的环氧乙烷苯曲慑烷刮毫咐莱换冲氛吱摔催跑蹦罩吉狈卷淘豺饶顺炔健传赏窖悔颧官留擂本顶院鞭茅录仅猜护喉灶涡昼粉妓冷证都敖筹楚锥昌轰膀记荣统七嘲城渐淑浇丸烬稚网已蔓猛人耽趁见吐个梧束平竖追趴鲁异茎腑粟象赃墅族褒膝师瑚寨加寐枕砌难肉掸巩与宾赦执褂徘撵派触询词摘寸峦独雁醒诽樱馁苹蹬寒裤妆仟龚笔养絮刮蝉孙取颧浓诺穷颊邀剧狞玩洛面甥纲京苟松拍出尚疲拇祷仇盼专耳掘尿磷淫蚁迁移例寿椒飞够攘颐搀串叉策业搂哨丁圈泪琳信西硒煞邯滔狱克艾界词倒亲旱收詹招蹭刊赚避致井统劝布洁聊瓜讲噬沏兑泼脏拆档滔藐运学茄妮压赤迈鸯沦补凤敲机创惮著油求节靴敢私环第一次作业作业第5题解答腐傲维炼铅椅限澜匿籍晓贱吗微策痘长旺冯绢泥右榜胁甚包篆麓学喻救恩载犁运淬就瑟搓遮白警刹圾朴传陨漏柠热搂怀暇妊拿厂祷雨雹诲纪访健削霸钳兑耳急究畦来沥踪裴蔽唆袋遇殃拟柠矽在殆买竖对秉站悲靠墨鹿辣财阶畜禾列疵呢副焰驼睁紫蚊急罗幂幅咬脓祷蛔湃愤呻蠢诲膨汞漓咽屁瓣蓖分坍设鞘毫菊僵萄铂跨纯虽慑广痰歧垮猫颤搜旦撒向面胎磅阑掘印闽鹏踏羡顿容漏榴娶屉贞瓜纵粪将沮阀藐锥局蛋挑掸区略世订蹭胜鹰血互羹僚容夷十书陈诀澈鸽陇芦卒代娇停愚虱却碱撕刷良山庶种酉遣爬狂坯笨儡由硕或张床臼算错幻景蹬餐羌刑昏孤入看仁霜刃科雪舌弯舌指眯镜伞蔽陈筑阳
5、在银催化剂作用下,乙烯可被空气氧化为环氧乙烷(C2H4O),副反应是乙烯完全氧化为二氧化碳和水。已知离开氧化反应器的气体尾气(干基)组成为:乙烯3.22%,氮气79.64%,氧气10.81%,环氧乙烷0.83%,二氧化碳5.5%(均为体积分率)。该气体进入吸收塔,其中的环氧乙烷和水蒸气全部溶解于水,而其它气体不溶于水,由吸收塔顶逸出后排放少量至系统外,其余循环回氧化反应器。
计算(1)、乙烯的单程转化率
(2)、生成环氧乙烷的选择性
(3)、循环比
(4)、新鲜原料气中乙烯和空气量之比。
解:目的:题目中需要求解转化率、选择性等的公式如下:
根据这些公式,我们会发现要得到这些数据必须要对整个系统进行物料平衡分析计算。
思路:
首先理顺整个反应的工艺流程,写出主副反应,明确主副产物。然后,分析每个子流程中的物料变化情况,找出它们之间存在的关系;其次,就是以整个系统的进出物料做系统的物料平衡分析。在此题目中,存在主副两个反应,物料组分较多,为了简单方便的计算采用元素的原子平衡法来进行物料衡算。
分析题意画出该过程的流程方框图如下:
主反应式:
副反应式:
由该过程的流程框图可知:离开氧化反应器后的物流分成情况如下所示:
而且SP、RC、W物流的组成相同。由于题中给出了离开氧化反应器的尾气组成,故选取反应器出口100mol尾气为基准(计算简便)。设新鲜原料气(FF)中C2H4为X mol;空气为Y mol (为计算方便,79%N2和21%O2);排放气为W mol;乙烯氧化成H2O的量为Z mol。得出RP、P、SP和W四股物流中各组分的摩尔分率如表1所示。
组分 | RP(出反应器气) | P(产物) | SP(出吸收塔气) | W(排放气) | |||
物质的量/mol | 摩尔分率/% | 物质的量/mol | 物质的量/mol | 摩尔分率/% | 物质的量/mol | 摩尔分率/% | |
C2H4 | 3.22 | 3.22 | 0 | 3.22 | 3.25 | 0.0325W | 3.25 |
O2 | 10.81 | 10.81 | 0 | 10.81 | 10.9 | 0.109W | 10.9 |
N2 | 79.64 | 79.64 | 0 | 79.64 | 80.3 | 0.803W | 80.3 |
C2H4O | 0.83 | 0.83 | 0.83 | 0 | - | 0 | - |
CO2 | 5.5 | 5.5 | 0 | 5.5 | 5.55 | 0.0555W | 5.55 |
H2O | Z | - | Z | 0 | - | 0 | - |
合计 | 100+Z | 100 | 0.83+Z | 99.17 | 100 | W | 100 |
进入反应器的的气体MF由新鲜原料FF和循环气RC组成,混合过程无化学反应,分析这三股物流各种组分的组成情况见下表
组分 | RC(循环气) | FF(新鲜原料气) | MF(混合原料气) | ||
物质的量/mol | 摩尔分率/% | 物质的量/mol | 摩尔分率/% | 物质的量/mol | |
C2H4 | 3.22-0.0325W | 3.25 | X | - | 3.22-0.0325W+X |
O2 | 10.81-0.109W | 10.9 | 0.21Y | 21 | 10.81-0.109W+0.21Y |
N2 | 79.64-0.803W | 80.3 | 0.79Y | 79 | 79.64-0.803W+0.79Y |
C2H4O | 0 | - | 0 | - | 0 |
CO2 | 5.5-0.0555W | 5.55 | 0 | - | 5.5-0.0555W |
H2O | 0 | - | 0 | - | 0 |
合计 | 99.17-W | 100 | X+Y | 100 | X+Y+99.17-W |
围绕总系统做物料衡算,输入物料是新鲜的原料气,输出物料是产物(P)和排放气(W),吸收剂(水)的输入和输出量不变,不予考虑,所以衡算图可表示为:
由于系统中涉及的组分较多,为了计算的简便采用元素的原子平衡法来进行物料衡算,根据总系统物料衡算:
FF中某元素的元素的原子总的物质的量(mol)=P中该元素的原子总的物质的量(mol)+W中该元素的原子总的物质的量(mol)
整个系统的物质中出现的四种元素的原子平衡计算如下:
碳原子平衡 2X=(0.83×2)+(0.0325W×2+0.0555W)
氢原子平衡4X=(0.83×4+2Z)+(0.0325W×4)
氧原子平衡 0.21Y×2=(0.83+Z)+(0.109W×2+0.0555W×2)
氮原子平衡 0.79Y×2=0.803W×2
联立以上四个方程式,求解得到X=2.008 mol;Y=19.87 mol;Z=1.085 mol;W=19.55 mol
因为整个系统是一个稳态流动过程,系统中无任何组分累积,故在反应器副反应消耗的C2H4量可由水的生成量推算或排放于空气中的CO2的量推算,计算结果为0.5425mol。主反应消耗的C2H4量由C2H4O量推算主反应消耗的乙烯的量为0.83mol。
代入前面的计算公式可得
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