题目
4.工业上采用铜锌铝催化剂由一氧化碳和氢合成甲醇,其反应方程式如下。-|||-+2(H)_(2)leftharpoons C(H)_(3)OH-|||-+4(H)_(2)leftharpoons (C(H)_(3))_(2)O+(H)_(2)O-|||-+3(H)_(2)leftharpoons C(H)_(4)+(H)_(2)O-|||-+8(H)_(2)leftharpoons (C)_(4)(H)_(9)OH+3(H)_(2)O-|||-+(H)_(2)Oleftharpoons C(O)_(2)+(H)_(2)-|||-由于化学反应平衡的限制,在反应过程中一氧化碳不可能全部转化为甲醇。为了提高原料-|||-的利用率,在生产上采用循环操作,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-|||-组分如氢和一氧化碳等放空,大部分经循环压缩后与原料气混合返回合成塔。以下为生产流程-|||-示意图。-|||-原料气 合成 冷凝分离-|||-放空气-|||-粗甲醇-|||-循环压缩-|||-原料气和冷凝分离后的气体中各组分的物质的量如下。-|||-组分 原料气的物质的量 /mol 冷凝分离后气体的物质的量 /mol-|||-CO 26.82 15.49-|||-H2 68.25 69.78-|||-CO2 1.46 0.82-|||-CH4 0.55 3.62-|||-粗甲醇中CO、H2 CO2、CH4的质量分数分别为89.15%、3.55%1.1%、6.2%。在操作压力-|||-和温度下,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9.82g 9.38g,1.76g,2.14g,5.38g。假设循环气与原料气的摩尔比为7.2:1,-|||-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。
题目解答
答案
解析
步骤 1：计算一氧化碳的单程转化率
一氧化碳的单程转化率是指在一次通过合成塔后，一氧化碳的转化程度。根据题目中提供的数据，原料气中一氧化碳的物质的量为26.82 mol，冷凝分离后气体中一氧化碳的物质的量为15.49 mol。因此，单程转化率可以通过以下公式计算：
\[ X_{CO(m)} = \frac{26.82 - 15.49}{26.82} \]
步骤 2：计算一氧化碳的全程转化率
一氧化碳的全程转化率是指在循环操作中，一氧化碳的总转化程度。根据题目中提供的数据，循环气与原料气的摩尔比为7.2:1，因此，全程转化率可以通过以下公式计算：
\[ X_{CO(Y)} = 1 - \frac{1}{1 + 7.2 \times X_{CO(m)}} \]
步骤 3：计算甲醇的单程收率
甲醇的单程收率是指在一次通过合成塔后，甲醇的生成量与原料气中一氧化碳的物质的量之比。根据题目中提供的数据，粗甲醇中CO、H2、CO2、CH4的质量分数分别为89.15%、3.55%、1.1%、6.2%，因此，单程收率可以通过以下公式计算：
\[ r_{CH_3OH(m)} = \frac{26.82 - 15.49}{26.82} \times \frac{1}{2} \]
步骤 4：计算甲醇的全程收率
甲醇的全程收率是指在循环操作中，甲醇的总生成量与原料气中一氧化碳的物质的量之比。根据题目中提供的数据，循环气与原料气的摩尔比为7.2:1，因此，全程收率可以通过以下公式计算：
\[ Y_{CH_3OH(Y)} = 1 - \frac{1}{1 + 7.2 \times r_{CH_3OH(m)}} \]
一氧化碳的单程转化率是指在一次通过合成塔后，一氧化碳的转化程度。根据题目中提供的数据，原料气中一氧化碳的物质的量为26.82 mol，冷凝分离后气体中一氧化碳的物质的量为15.49 mol。因此，单程转化率可以通过以下公式计算：
\[ X_{CO(m)} = \frac{26.82 - 15.49}{26.82} \]
步骤 2：计算一氧化碳的全程转化率
一氧化碳的全程转化率是指在循环操作中，一氧化碳的总转化程度。根据题目中提供的数据，循环气与原料气的摩尔比为7.2:1，因此，全程转化率可以通过以下公式计算：
\[ X_{CO(Y)} = 1 - \frac{1}{1 + 7.2 \times X_{CO(m)}} \]
步骤 3：计算甲醇的单程收率
甲醇的单程收率是指在一次通过合成塔后，甲醇的生成量与原料气中一氧化碳的物质的量之比。根据题目中提供的数据，粗甲醇中CO、H2、CO2、CH4的质量分数分别为89.15%、3.55%、1.1%、6.2%，因此，单程收率可以通过以下公式计算：
\[ r_{CH_3OH(m)} = \frac{26.82 - 15.49}{26.82} \times \frac{1}{2} \]
步骤 4：计算甲醇的全程收率
甲醇的全程收率是指在循环操作中，甲醇的总生成量与原料气中一氧化碳的物质的量之比。根据题目中提供的数据，循环气与原料气的摩尔比为7.2:1，因此，全程收率可以通过以下公式计算：
\[ Y_{CH_3OH(Y)} = 1 - \frac{1}{1 + 7.2 \times r_{CH_3OH(m)}} \]