题目
用乙烷作裂解原料生产乙烯,在一定的生产条件下,通入裂解炉的乙烷量为7000(kg/h),反应后,尾气中含乙烷2450(kg/h),得到乙烯量为3332(kg/h),求乙烷的单程转化率,乙烯的选择性及单程收率。(分子量:乙烷30,乙烯28)
用乙烷作裂解原料生产乙烯,在一定的生产条件下,通入裂解炉的乙烷量为$7000\text{kg/h}$,反应后,尾气中含乙烷$2450\text{kg/h}$,得到乙烯量为$3332\text{kg/h}$,求乙烷的单程转化率,乙烯的选择性及单程收率。(分子量:乙烷30,乙烯28)
题目解答
答案
1. 初始乙烷量为7000 kg/h,尾气中乙烷为2450 kg/h,故单程转化率为:
\[
X = \frac{7000 - 2450}{7000} \times 100\% = 65\%
\]
2. 转化乙烷摩尔数为:
\[
n_{\text{reacted}} = \frac{7000 - 2450}{30} = 151666.66\,\text{mol/h}
\]
乙烯摩尔数为:
\[
n_{\text{ethylene}} = \frac{3332}{28} = 119000\,\text{mol/h}
\]
选择性为:
\[
S = \frac{119000}{151666.66} \times 100\% \approx 78.5\%
\]
3. 单程收率为:
\[
Y = \frac{119000}{233333.33} \times 100\% \approx 51.0\%
\]
综上:
- 单程转化率 = 65%。
- 乙烯选择性 ≈ 78.5%。
- 单程收率 ≈ 51.0%。
解析
本题主要考查化学反应中乙烷的单程转化率、乙烯的选择性及单程收率的计算。解题思路如下:
- 计算乙烷的单程转化率:
- 首先明确单程转化率的定义,它是指参加反应的原料量占通入原料量的百分比。
- 已知通入裂解炉的乙烷量为$7000\text{kg/h}$,尾气中含乙烷$2450\text{kg/h}$,那么参加反应的乙烷量为通入的乙烷量减去尾气中的乙烷量,即$7000 - 2450 = 4550\text{kg/h}$。
- 根据单程转化率公式$X=\frac{参加反应的原料量}{通入的原料量}\times100\%$,可得乙烷的单程转化率为:
$X = \frac{7000 - 2450}{7000} \times 100\%=\frac{4550}{7000} \times 100\% = 65\%$
- 计算乙烯的选择性:
- 乙烯的选择性是指生成乙烯所消耗的乙烷摩尔数占反应掉的乙烷摩尔数的百分比。
- 先计算反应掉的乙烷摩尔数,根据公式$n=\frac{m}{M}$(其中$n$为物质的量,$m$为质量,$M$为摩尔质量),反应掉的乙烷质量为$7000 - 2450 = 4550\text{kg}$,乙烷的摩尔质量为$30\text{g/mol}=0.03\text{kg/mol}$,则反应掉的乙烷摩尔数为:
$n_{\text{reacted}} = \frac{7000 - 2450}{30}=\frac{4550}{0.03}\approx151666.66\,\text{mol/h}$ - 再计算生成的乙烯摩尔数,已知得到乙烯量为$3332\text{kg/h}$,乙烯的摩尔质量为$28\text{g/mol}=0.028\text{kg/mol}$,则乙烯摩尔数为:
$n_{\text{ethylene}} = \frac{3332}{28}=\frac{3332}{0.028}=119000\,\text{mol/h}$ - 根据乙烯选择性公式$S=\frac{生成乙烯所消耗的乙烷摩尔数}{反应掉的乙烷摩尔数}\times100\%$,这里生成乙烯所消耗的乙烷摩尔数等于生成的乙烯摩尔数,可得乙烯的选择性为:
$S = \frac{119000}{151666.66} \times 100\% \approx 78.5\%$
- 计算乙烯的单程收率:
- 乙烯的单程收率是指生成乙烯的摩尔数占通入乙烷摩尔数的百分比。
- 先计算通入的乙烷摩尔数,通入的乙烷质量为$7000\text{kg}$,乙烷的摩尔质量为$30\text{g/mol}=0.03\text{kg/mol}$,则通入的乙烷摩尔数为:
$n_{\text{input}}=\frac{7000}{30}=\frac{7000}{0.03}\approx233333.33\,\text{mol/h}$ - 前面已算出生成的乙烯摩尔数为$119000\,\text{mol/h}$,根据乙烯单程收率公式$Y=\frac{生成乙烯的摩尔数}{通入乙烷的摩尔数}\times100\%$,可得乙烯的单程收率为:
$Y = \frac{119000}{233333.33} \times 100\% \approx 51.0\%$