题目
的混合物经分离,环氧乙烷和水离开系统成为-|||-产品,其余气体放空一部分,剩下气体循环回-|||-_(2)(H)_(4)+0.5(O)_(2)arrow (C)_(2)(H)_(4)O-|||-_(2)(H)_(4)+3(O)_(2)arrow 2C(O)_(2)+2(H)_(2)O-|||-_(2)(H)_(4)+0.5(O)_(2)arrow (C)_(2)(H)_(4)O-|||-,2x,+302->2C O 2 +2H2 O-|||-用空气氧化乙烯制环氧乙烷(C2H 40)反应后-|||-如果进反应器的混合物(由新鲜原料气与循环-|||-气组成)中含有10 %C2H4、80%N 2和-|||-10%02,乙烯的单程转化率为25%,生成环氧-|||-乙烷的选择性为80 %,循环气与放空气之比为-|||-, 计算-|||-(1)反应器出口气体组成-|||-(2)列出物料衡算表-|||-(3)乙烯的全程转化率
题目解答
答案
4.用空气氧化乙烯制环氧乙烷（C2H4O），反应后的混合物经分离，环氧乙烷和水离开系统成为产品，其余气体放空一部分，剩下的气体循环回反应器，若只考虑发生以下两个反应
如果进反应器的混合物（由新鲜原料气与循环气组成）中含有10%C2H4，80%N2，10%O2，乙烯的单程转化率为25%，生成环氧乙烷的选择性为80%，循环气与放空气之比为8/1，计算反应器出口气体的组成和乙烯的全程转化率。
如果进反应器的混合物（由新鲜原料气与循环气组成）中含有10%C2H4，80%N2，10%O2，乙烯的单程转化率为25%，生成环氧乙烷的选择性为80%，循环气与放空气之比为8/1，计算反应器出口气体的组成和乙烯的全程转化率。
解析
步骤 1：确定反应方程式和反应条件
乙烯（C2H4）与氧气（O2）反应生成环氧乙烷（C2H4O）和二氧化碳（CO2）及水（H2O）的反应方程式为：
\[ C2H4 + \frac{1}{2}O2 \rightarrow C2H4O \]
\[ C2H4 + 3O2 \rightarrow 2CO2 + 2H2O \]
乙烯的单程转化率为25%，生成环氧乙烷的选择性为80%。
步骤 2：计算反应器出口气体组成
假设进入反应器的混合气体总量为100 mol，其中乙烯（C2H4）为10 mol，氧气（O2）为10 mol，氮气（N2）为80 mol。
乙烯的单程转化率为25%，即有2.5 mol乙烯参与反应。
生成环氧乙烷的选择性为80%，即有2 mol乙烯转化为环氧乙烷，0.5 mol乙烯转化为二氧化碳和水。
根据反应方程式，2 mol乙烯转化为环氧乙烷需要1 mol氧气，生成2 mol环氧乙烷。
0.5 mol乙烯转化为二氧化碳和水需要1.5 mol氧气，生成1 mol二氧化碳和1 mol水。
因此，反应器出口气体组成如下：
乙烯：10 - 2.5 = 7.5 mol
环氧乙烷：2 mol
二氧化碳：1 mol
水：1 mol
氧气：10 - 1 - 1.5 = 7.5 mol
氮气：80 mol
总摩尔数：7.5 + 2 + 1 + 1 + 7.5 + 80 = 99 mol
乙烯的摩尔分数：7.5 / 99 = 0.0758
环氧乙烷的摩尔分数：2 / 99 = 0.0202
二氧化碳的摩尔分数：1 / 99 = 0.0101
水的摩尔分数：1 / 99 = 0.0101
氧气的摩尔分数：7.5 / 99 = 0.0758
氮气的摩尔分数：80 / 99 = 0.8081
步骤 3：列出物料衡算表
物料衡算表如下：
| 物料 | 进料量（mol） | 反应消耗量（mol） | 出料量（mol） |
|------|---------------|-------------------|---------------|
| C2H4 | 10 | 2.5 | 7.5 |
| O2 | 10 | 2.5 | 7.5 |
| N2 | 80 | 0 | 80 |
| C2H4O| 0 | 2 | 2 |
| CO2 | 0 | 1 | 1 |
| H2O | 0 | 1 | 1 |
步骤 4：计算乙烯的全程转化率
乙烯的全程转化率 = 单程转化率 / (1 - 循环气与放空气之比)
乙烯的全程转化率 = 25% / (1 - 8/9) = 25% / (1/9) = 225%
乙烯（C2H4）与氧气（O2）反应生成环氧乙烷（C2H4O）和二氧化碳（CO2）及水（H2O）的反应方程式为：
\[ C2H4 + \frac{1}{2}O2 \rightarrow C2H4O \]
\[ C2H4 + 3O2 \rightarrow 2CO2 + 2H2O \]
乙烯的单程转化率为25%，生成环氧乙烷的选择性为80%。
步骤 2：计算反应器出口气体组成
假设进入反应器的混合气体总量为100 mol，其中乙烯（C2H4）为10 mol，氧气（O2）为10 mol，氮气（N2）为80 mol。
乙烯的单程转化率为25%，即有2.5 mol乙烯参与反应。
生成环氧乙烷的选择性为80%，即有2 mol乙烯转化为环氧乙烷，0.5 mol乙烯转化为二氧化碳和水。
根据反应方程式，2 mol乙烯转化为环氧乙烷需要1 mol氧气，生成2 mol环氧乙烷。
0.5 mol乙烯转化为二氧化碳和水需要1.5 mol氧气，生成1 mol二氧化碳和1 mol水。
因此，反应器出口气体组成如下：
乙烯：10 - 2.5 = 7.5 mol
环氧乙烷：2 mol
二氧化碳：1 mol
水：1 mol
氧气：10 - 1 - 1.5 = 7.5 mol
氮气：80 mol
总摩尔数：7.5 + 2 + 1 + 1 + 7.5 + 80 = 99 mol
乙烯的摩尔分数：7.5 / 99 = 0.0758
环氧乙烷的摩尔分数：2 / 99 = 0.0202
二氧化碳的摩尔分数：1 / 99 = 0.0101
水的摩尔分数：1 / 99 = 0.0101
氧气的摩尔分数：7.5 / 99 = 0.0758
氮气的摩尔分数：80 / 99 = 0.8081
步骤 3：列出物料衡算表
物料衡算表如下：
| 物料 | 进料量（mol） | 反应消耗量（mol） | 出料量（mol） |
|------|---------------|-------------------|---------------|
| C2H4 | 10 | 2.5 | 7.5 |
| O2 | 10 | 2.5 | 7.5 |
| N2 | 80 | 0 | 80 |
| C2H4O| 0 | 2 | 2 |
| CO2 | 0 | 1 | 1 |
| H2O | 0 | 1 | 1 |
步骤 4：计算乙烯的全程转化率
乙烯的全程转化率 = 单程转化率 / (1 - 循环气与放空气之比)
乙烯的全程转化率 = 25% / (1 - 8/9) = 25% / (1/9) = 225%