题目
在一套乙烯液相氧化制乙醛的装置中，通入反应器的乙烯量为 7000 ( kg/h)，得到产乙醛的量为 4400 ( kg/h)，尾气中乙烯的量为 2500 ( kg/h)。求原料乙烯的转化率和产品乙醛收率。
在一套乙烯液相氧化制乙醛的装置中，通入反应器的乙烯量为 $7000 \text{ kg/h}$，得到产乙醛的量为 $4400 \text{ kg/h}$，尾气中乙烯的量为 $2500 \text{ kg/h}$。求原料乙烯的转化率和产品乙醛收率。
题目解答
答案
根据题目数据：
1. 反应掉的乙烯量为：
\[
7000 - 2500 = 4500\,\text{kg/h}
\]
2. 乙烯转化率为：
\[
\text{转化率} = \frac{4500}{7000} \times 100\% = 64.3\%
\]
3. 根据反应方程式 $2C_2H_4 \sim 2CH_3CHO$，质量比为 $7:11$，理论乙醛量为：
\[
\text{理论乙醛量} = \frac{11}{7} \times 4500 = 7071.43\,\text{kg/h}
\]
4. 乙醛收率为：
\[
\text{收率} = \frac{4400}{7071.43} \times 100\% \approx 62.2\%
\]
答案：
- 原料乙烯的转化率为64.3%。
- 产品乙醛的收率为62.2%。
解析
本题主要考查化学反应中原料转化率和产品收率的计算。解题思路如下：
- 首先明确转化率和收率的计算公式：
- 转化率是指反应中已转化的原料量与投入原料量的比值，公式为$\text{转化率}=\frac{\text{已反应的原料量}}{\text{投入的原料量}}\times100\%$。
- 收率是指实际得到的产品量与理论上可得到的产品量的比值，公式为$\text{收率}=\frac{\text{实际产品量}}{\text{理论产品量}}\times100\%$。
- 计算反应掉的乙烯量：
已知通入反应器的乙烯量为$7000 \text{ kg/h}$，尾气中乙烯的量为$2500 \text{ kg/h}$，那么反应掉的乙烯量为通入的乙烯量减去尾气中的乙烯量，即$7000 - 2500 = 4500\text{ kg/h}$。 - 计算乙烯的转化率：
将反应掉的乙烯量$4500\text{ kg/h}$和通入的乙烯量$7000\text{ kg/h}$代入转化率公式，可得$\text{转化率}=\frac{4500}{7000} \times 100\% \approx 64.3\%$。 - 计算理论上生成乙醛的量：
根据乙烯液相氧化制乙醛的反应方程式$2C_2H_4 + O_2 \longrightarrow 2CH_3CHO$，乙烯$(C_2H_4)$的相对分子质量为$2\times12 + 4\times1 = 28$，乙醛$(CH_3CHO)$的相对分子质量为$12\times2 + 4\times1 + 16 = 44$，所以乙烯和乙醛的质量比为$\frac{2\times28}{2\times44}=\frac{7}{11}$。
已知反应掉的乙烯量为$4500\text{ kg/h}$，设理论上生成乙醛的量为$x$，根据质量比可得$\frac{7}{11}=\frac{4500}{x}$，则$x = \frac{11}{7} \times 4500 \approx 7071.43\text{ kg/h}$。 - 计算乙醛的收率：
已知实际得到的乙醛量为$4400\text{ kg/h}$，理论上生成乙醛的量约为$7071.43\text{ kg/h}$，将其代入收率公式，可得$\text{收率}=\frac{4400}{7071.43} \times 100\% \approx 62.2\%$。