题目
邻二甲苯空气氧化制苯酐,乙知邻二甲苯的转化率为 70%,氧的用量为理论用量的 150%,每小时投入邻二甲苯 250kg,试计算出口物料流量。反应式如下:C8H10+3O2→ C8H4O3+3H2O
邻二甲苯空气氧化制苯酐,乙知邻二甲苯的转化率为 70%,氧的用量为理论
用量的 150%,每小时投入邻二甲苯 250kg,试计算出口物料流量。
反应式如下:
C8H10+3O2→ C8H4O3+3H2O
题目解答
答案
解:以每小时为计算基准。
反应式 C 8H10+3O2→ C8H4O3+3H2O
进料:邻二甲苯 =250÷ 106=2.358kmol/h( 邻二甲苯 M=106); ( 1 分)
氧气 =2.358× 70%× 3× 150%=7.43 kmol/h; ( 1 分)
氮气 =7.43 × 0.79 ÷ 0.21=27.95kmol/h; ( 1 分)
出料:苯酐 =2.358 × 70%=1.65kmol/h; ( 1 分)
水 =2.358 × 70%× 3=4.95kmol/h; ( 1 分)
氧气 =7.43 - 2.358 × 70%× 3=2.48kmol/h ( 2 分) ;
氮气 =27.95kmol/h; ( 1 分)
未反应的邻二甲苯 =250×( 1- 70%) =75kg/h , 75÷ 106=0.71kmol/h ( 2 分)
解析
步骤 1：计算每小时投入邻二甲苯的摩尔数
邻二甲苯的摩尔质量为 106 g/mol，每小时投入邻二甲苯 250 kg，即 250,000 g。因此，每小时投入邻二甲苯的摩尔数为：
\[ \frac{250,000}{106} = 2358.49 \text{ mol} \]
步骤 2：计算氧气的理论用量和实际用量
根据反应式，每摩尔邻二甲苯需要 3 摩尔氧气。因此，理论用量为：
\[ 2358.49 \times 3 = 7075.47 \text{ mol} \]
实际用量为理论用量的 150%，即：
\[ 7075.47 \times 1.5 = 10613.21 \text{ mol} \]
步骤 3：计算氮气的摩尔数
空气中氧气和氮气的体积比约为 1:3.79，因此氮气的摩尔数为：
\[ 10613.21 \times 3.79 = 40219.79 \text{ mol} \]
步骤 4：计算出口物料流量
邻二甲苯的转化率为 70%，因此反应掉的邻二甲苯摩尔数为：
\[ 2358.49 \times 0.7 = 1650.94 \text{ mol} \]
生成的苯酐和水的摩尔数分别为：
\[ 1650.94 \text{ mol} \]
\[ 1650.94 \times 3 = 4952.82 \text{ mol} \]
剩余的氧气摩尔数为：
\[ 10613.21 - 1650.94 \times 3 = 5659.40 \text{ mol} \]
氮气的摩尔数不变，仍为 40219.79 mol。
未反应的邻二甲苯摩尔数为：
\[ 2358.49 - 1650.94 = 707.55 \text{ mol} \]
邻二甲苯的摩尔质量为 106 g/mol，每小时投入邻二甲苯 250 kg，即 250,000 g。因此，每小时投入邻二甲苯的摩尔数为：
\[ \frac{250,000}{106} = 2358.49 \text{ mol} \]
步骤 2：计算氧气的理论用量和实际用量
根据反应式，每摩尔邻二甲苯需要 3 摩尔氧气。因此，理论用量为：
\[ 2358.49 \times 3 = 7075.47 \text{ mol} \]
实际用量为理论用量的 150%，即：
\[ 7075.47 \times 1.5 = 10613.21 \text{ mol} \]
步骤 3：计算氮气的摩尔数
空气中氧气和氮气的体积比约为 1:3.79，因此氮气的摩尔数为：
\[ 10613.21 \times 3.79 = 40219.79 \text{ mol} \]
步骤 4：计算出口物料流量
邻二甲苯的转化率为 70%，因此反应掉的邻二甲苯摩尔数为：
\[ 2358.49 \times 0.7 = 1650.94 \text{ mol} \]
生成的苯酐和水的摩尔数分别为：
\[ 1650.94 \text{ mol} \]
\[ 1650.94 \times 3 = 4952.82 \text{ mol} \]
剩余的氧气摩尔数为：
\[ 10613.21 - 1650.94 \times 3 = 5659.40 \text{ mol} \]
氮气的摩尔数不变，仍为 40219.79 mol。
未反应的邻二甲苯摩尔数为：
\[ 2358.49 - 1650.94 = 707.55 \text{ mol} \]