题目
技术指标的计算 工业生产以C6H6在V2O5作活性组分的催化剂上进行催化氧化制C4H2O3(顺丁烯二酸酐)。为进行开发研究，在单管固定床反应器中进行实验，每小时进空气量2000L(S.T.P)，进入的C6H6量为79mL/h，反应器出口气体中C6H6含量为3×10-4(体积分率)，CO和CO2含量为0.015(体积分率)，C4H2O3含量为0.0109(体积分率)，其余为空气。求进料混合气中C6H6的浓度(以摩尔分率表示)，C6H6的转化率，C4H2O3的收率和平均选择性。
技术指标的计算
工业生产以C6H6在V2O5作活性组分的催化剂上进行催化氧化制C4H2O3(顺丁烯二酸酐)。为进行开发研究，在单管固定床反应器中进行实验，每小时进空气量2000L(S.T.P)，进入的C6H6量为79mL/h，反应器出口气体中C6H6含量为3×10-4(体积分率)，CO和CO2含量为0.015(体积分率)，C4H2O3含量为0.0109(体积分率)，其余为空气。求进料混合气中C6H6的浓度(以摩尔分率表示)，C6H6的转化率，C4H2O3的收率和平均选择性。
工业生产以C6H6在V2O5作活性组分的催化剂上进行催化氧化制C4H2O3(顺丁烯二酸酐)。为进行开发研究，在单管固定床反应器中进行实验，每小时进空气量2000L(S.T.P)，进入的C6H6量为79mL/h，反应器出口气体中C6H6含量为3×10-4(体积分率)，CO和CO2含量为0.015(体积分率)，C4H2O3含量为0.0109(体积分率)，其余为空气。求进料混合气中C6H6的浓度(以摩尔分率表示)，C6H6的转化率，C4H2O3的收率和平均选择性。
题目解答
答案
C6H6在混合气体中浓度cA0：
式中 0.88——C6H6的密度；
78——C6H6的相对分子质量。
C6H6在反应器出口气体中浓度为3×10-4(体积分率)，所以C6H6转化率xA可用下式求得：
空气中C4H2O3量为0.0109。因生成1mol的C4H2O3消耗的C6H6，所以反应混合气中C4H2O3含量为0.0109时，相当于消耗的C6H6量为
C4H2O3的平均选择性为
C4H2O3的收率为
另外，根据题意C6H6转化率还可由混合气中CO和CO2含量所消耗的C6H6及C4H2O3所消耗的C6H6量求得。
CO和CO2所消耗的C6H6为
由计算结果表明，该实验过程分析数据物料中的碳的损失率为1-0.977=0.023。
式中 0.88——C6H6的密度；
78——C6H6的相对分子质量。
C6H6在反应器出口气体中浓度为3×10-4(体积分率)，所以C6H6转化率xA可用下式求得：
空气中C4H2O3量为0.0109。因生成1mol的C4H2O3消耗的C6H6，所以反应混合气中C4H2O3含量为0.0109时，相当于消耗的C6H6量为
C4H2O3的平均选择性为
C4H2O3的收率为
另外，根据题意C6H6转化率还可由混合气中CO和CO2含量所消耗的C6H6及C4H2O3所消耗的C6H6量求得。
CO和CO2所消耗的C6H6为
由计算结果表明，该实验过程分析数据物料中的碳的损失率为1-0.977=0.023。
解析
步骤 1：计算进料混合气中C6H6的浓度
首先，需要计算C6H6的摩尔数。已知C6H6的密度为0.88 g/mL，相对分子质量为78 g/mol，进入的C6H6量为79 mL/h。因此，C6H6的摩尔数为：
\[ n_{C6H6} = \frac{79 \times 0.88}{78} \approx 0.89 \text{ mol/h} \]
空气的摩尔数为：
\[ n_{air} = \frac{2000}{22.4} \approx 89.29 \text{ mol/h} \]
因此，C6H6的摩尔分率为：
\[ x_{C6H6} = \frac{0.89}{0.89 + 89.29} \approx 0.01 \]
步骤 2：计算C6H6的转化率
反应器出口气体中C6H6含量为3×10-4(体积分率)，所以C6H6转化率x_A可用下式求得：
\[ x_A = 1 - \frac{3 \times 10^{-4}}{0.01} = 0.97 \]
步骤 3：计算C4H2O3的收率和平均选择性
空气中C4H2O3量为0.0109。因生成1mol的C4H2O3消耗的C6H6，所以反应混合气中C4H2O3含量为0.0109时，相当于消耗的C6H6量为：
\[ n_{C4H2O3} = 0.0109 \times 89.29 \approx 0.97 \text{ mol/h} \]
C4H2O3的平均选择性为：
\[ S_{C4H2O3} = \frac{0.97}{0.89} \approx 1.09 \]
C4H2O3的收率为：
\[ Y_{C4H2O3} = x_A \times S_{C4H2O3} = 0.97 \times 1.09 \approx 1.06 \]
步骤 4：计算CO和CO2所消耗的C6H6
CO和CO2含量为0.015(体积分率)，所以消耗的C6H6量为：
\[ n_{CO+CO2} = 0.015 \times 89.29 \approx 1.34 \text{ mol/h} \]
由计算结果表明，该实验过程分析数据物料中的碳的损失率为1-0.977=0.023。
首先，需要计算C6H6的摩尔数。已知C6H6的密度为0.88 g/mL，相对分子质量为78 g/mol，进入的C6H6量为79 mL/h。因此，C6H6的摩尔数为：
\[ n_{C6H6} = \frac{79 \times 0.88}{78} \approx 0.89 \text{ mol/h} \]
空气的摩尔数为：
\[ n_{air} = \frac{2000}{22.4} \approx 89.29 \text{ mol/h} \]
因此，C6H6的摩尔分率为：
\[ x_{C6H6} = \frac{0.89}{0.89 + 89.29} \approx 0.01 \]
步骤 2：计算C6H6的转化率
反应器出口气体中C6H6含量为3×10-4(体积分率)，所以C6H6转化率x_A可用下式求得：
\[ x_A = 1 - \frac{3 \times 10^{-4}}{0.01} = 0.97 \]
步骤 3：计算C4H2O3的收率和平均选择性
空气中C4H2O3量为0.0109。因生成1mol的C4H2O3消耗的C6H6，所以反应混合气中C4H2O3含量为0.0109时，相当于消耗的C6H6量为：
\[ n_{C4H2O3} = 0.0109 \times 89.29 \approx 0.97 \text{ mol/h} \]
C4H2O3的平均选择性为：
\[ S_{C4H2O3} = \frac{0.97}{0.89} \approx 1.09 \]
C4H2O3的收率为：
\[ Y_{C4H2O3} = x_A \times S_{C4H2O3} = 0.97 \times 1.09 \approx 1.06 \]
步骤 4：计算CO和CO2所消耗的C6H6
CO和CO2含量为0.015(体积分率)，所以消耗的C6H6量为：
\[ n_{CO+CO2} = 0.015 \times 89.29 \approx 1.34 \text{ mol/h} \]
由计算结果表明，该实验过程分析数据物料中的碳的损失率为1-0.977=0.023。