第一章物料恒算

第一章物料、能量平衡1-2在苯氯化生产氯苯过程中，已知：氯化塔每小时生产纯氯苯800kg，从氯化塔出来的氯化液的组成为：C6H668％（质量百分数，下同）、C6H5Cl30％、C6H4Cl21.5％、HCl0.5％。操作温度82℃，进料苯的纯度为100％、氯气纯度为95％（体积百分数）。假定氯气全部参与反应，则排出气体的质量为（）。A．278.07kgB．294.67kgC．291.4kgD．308.0kg答案：1-2AA．答案正确。物料计算基准为1小时，反应方程式：相对分子质量：7871112.536.5副反应782×711472×36.5（1）氯化液质量的计算已知氯化液中含800kg一氯化苯，质量百分数为30％。所以氯化液的质量为kg26673.0800氯化液中除氯苯外，其他组分的质量为C6H6：2667×0.68＝1813.6kgC6H4Cl2：2667×0.015＝40kgHCl：2667×0.005＝13.33kg（2）参与氯化反应的物料的计算反应苯的量：主反应和副反应消耗苯量kg57614778405.11278800消耗Cl2量为kg54414727140112.571800生成HCl量为kg4.2791475.362405.1125.36800（3）加料量的计算加入苯的量为：1817＋576＝2393kg把氯气纯度体积分数换算成质量百分数（假定氯气中惰性气体为空气，平均相对分子质量为29）则氯气纯度为：%9.97%10005.02995.07195.071加入氯气量为：kg556979.01544其中惰性气体为556－544＝12kg（4）排出气体的质量计算排出气体的质量为279.4－13.33＋12＝278.07kgB．答案错误。解法中，将氯气纯度体积百分数没有换算成质量百分数。计算为：加入氯气量kg6.57295.01544其中惰性气体为572.6－544＝28.6kg排出气体的质量为：279.4－13.33＋28.6＝294.67kgC．答案错误。计算过程中，在排出气体中没有减掉氯化液带出的HCl量，即279.4＋12＝291.4kgD．答案错误。错误点与B．和C．相同，即：279.4＋28.6＝308.0kg1-3硫酸铝可由含Al2O3的混合物与H2SO4反应制得。反应方程如下：Al2O3混合物中含杂质44.6％（质量百分数，下同），原料硫酸为80％H2SO4，其余为H2O。应用1100kgAl2O3，2510kg80％H2SO4。则过量的一种原料的转化率是（）。假定Al2O3全部转化。A．70.42％B．87.4％C．69.96％D．29.13％答案：1-3BB．答案正确。按反应方程式和已知条件计算如下：Al2O3相对分子质量为102，Al2(SO4)3相对分子质量为342，H2SO4相对分子质量为98。加入硫酸量（80％）为2510kg，含纯H2SO4量为2510×0.8＝2008kg＝20.49kmol加入原料Al2O3混合物1100kg，含纯Al2O3为1100×0.554＝609.4kg＝5.97kmol参加反应的H2SO4量应为5.97×3＝17.91kmol在反应系统中H2SO4过量，过量20.49－17.91＝2.58kmolH2SO4转化率为%4.87%10049.2091.17A．答案错误。将Al2O3原料中杂质含量44.6％看成Al2O3含量，则参加反应的Al2O3的量为1100×0.446＝490.6kg＝4.81kmol需要H2SO4量为4.81×3＝14.43kmolH2SO4过量为20.49－14.43＝6.06kmolH2SO4的转化率为%42.70%10049.2043.14C．答案错误。将原料80％的硫酸看作是纯H2SO4计算，即2510kg的纯H2SO4为25.6kmol硫酸的转化率为：%96.69%1006.2591.17D．答案错误。计算中没有注意反应方程式中各化合物的系数平衡关系，即每一个摩尔的Al2O3反应需要3个摩尔的H2SO4。而做题时，用每一个摩尔的Al2O3反应需要的是1个摩尔的H2SO4。即5.97kmolAl2O3反应需要5.97kmolH2SO4，则H2SO4转化率为%13.29%10049.2097.51-4在利用硫化矿提炼锌时，硫酸是副产物。该矿中含ZnS65％（质量百分数，下同），其他35％为惰性物质。生产过程如下反应方程所示，最后可以得到98％的硫酸，硫的回收率为99％，每天处理硫化矿186t。反应方程式为则每天需要水的量是（）。A．24.67tB．22.2tC．2.47tD．24.92t答案：1-4AA．答案正确。根据反应方程式可知当1摩尔的ZnS反应时，就可以产生1摩尔的H2SO4即可以产生98％的H2SO4100g。根据题意硫的回收率为99％，再进行计算。（1）每天处理186t矿石，则内含ZnS量为186×1000×0.65＝120900kg实际反应能得到硫酸的ZnS量为120900×0.99＝119691kg119691kgZnS为1233.9kmol，即可生成1233.9kmolH2SO4，质量为120922.2kg，可以得到kg0.12339098.02.12092298％的硫酸（2）用水量计算：吸收SO3形成H2SO4用水量为1233.9×18＝22.2t，形成98％H2SO4用水量为123390.0－120922.2＝2.47t每天消耗水量为22.2＋2.47＝24.67tB．答案错误：将生成的H2SO4的摩尔数看作所需要的水的摩尔数，即1233.9×18＝22.2t，没有计算形成98％硫酸时需要水量。C．答案错误：计算时没有考虑吸收SO3形成100％H2SO4时消耗水量，即只计算形成98％时的水量为123390.0－120922.2＝2.47t。D．答案错误：计算过程中没有考虑题中给的硫的回收率为99％，即每天处理186tZnS。含ZnS为186×1000×0.65＝120900kg。ZnS摩尔数为1246.4kmol，则需要水量为1246.4×18＝22.43t和2.49之和即24.920t。1-5在年生产1500t乙苯脱氢制取苯乙烯装置中，加入水蒸气量为2.6kg水蒸气/kg苯乙烯，进入温度650℃下乙苯转化率为44.4％。苯乙烯收率为40％，其余副产为苯3％、甲苯5％、焦炭2％。装置年工作日为300天，已知原料乙苯的纯度为98％（质量百分数），其余为甲苯。则反应后气体的产生总量为（）。A．8.62kgB．8.35kgC．8.53kgD．7.676kg答案：1-5CC．答案正确。化学反应方程式C6H5C2H5→C6H5CH＝CH2＋H21061042C6H5C2H5＋H2→C6H5CH3＋CH410629216C6H5C2H5→C6H6＋C2H41067828C6H5C2H5→7C＋3H2＋CH41067×123×216（1）每小时苯乙烯的产量为2kmol/hkg3.2082430010001500每小时需要乙苯量为：kg/h5301064.02每小时转化的乙苯的量：530×0.444＝235.32kg/h＝2.22kmol/h未反应的乙苯量：530－235.3＝294.7kg/h每小时需要水蒸气的量：530×2.6＝1378kg每小时需要工业原料乙苯量：kg8.54098.0530，甲苯量10.8kg（2）产物中各组分的量苯乙烯：208.3kg甲苯：kg218.109205.010632.235苯量：2.22×0.03×78＝5.23kg焦炭：2.22×0.02×7×12＝3.72kg乙苯：294.7kg乙烯（气）2.22×0.03×28＝1.86kg甲烷（气）(2.22×0.05＋2.22×0.02)×16＝2.49kg氢（气）(2＋2.22×0.02×3－2.22×0.02)×2＝4.177kg气体总量为1.86＋2.49＋4.177＝8.53kgA．答案错误，B．答案错误，C．答案错误。3个答案均为计算过程中，没有将全部生成的气体计算完全。A．答案少了一项氢与乙苯反应生成甲苯和甲烷，所以答案为8.62kgB．答案为在乙苯分解为碳、氢和甲烷反应中，计算为2.22×0.02总氢量为(2＋2.22×0.02－2.22×0.02)×2＝4.0kg气体总量为8.35kgD．答案为甲烷气体计算错误。1-6在含苯38％（质量百分数，下同）和甲苯62％的混合液连续精馏过程中，要求馏出物中能回收原料中97％的苯。釜残液中含苯不高于2％，进料流量为10000kg/h，则塔顶苯的摩尔百分数为（）。A．98％B．87.5％C．86％D．86.8％答案：1-6BB．答案正确苯的相对分子质量为78，甲苯的相对分子质量为92。进料中苯的摩尔分数为xB，釜残液苯摩尔分数设为x'B4196.0926278387838Bx釜残液中苯的摩尔分数为02351.09298782782'Bx进料液平均相对分子质量为13.8692)4196.01(784196.0M进料物料的摩尔流量为kmol/h1.11613.8610000F按照题给定的条件，馏出液中回收原料中97％的苯，则塔顶馏出液中苯的摩尔数为116.1×0.4196×0.97＝47.25kmol/h塔底苯的摩尔数为116.1×0.4196－47.25＝1.46kmol/h塔底流出液摩尔数为W，塔顶流出液摩尔数为D，则116.1＝W＋Dkmol/h10.6202351.046.1WD＝54.0kmol/h塔顶苯的摩尔分数为%5.875425.47''BxA、C、D答案错误。计算错误：A．答案直接认为釜残液中含苯2％，塔顶含苯98％，概念错误。1-7在由乙烯水合生产乙醇的反应中，其主、副反应方程为：主反应副反应假若反应器进料中含C2H553.7％（摩尔百分数，下同），H2O36.7％，其余为惰性气体。乙烯的转化率为5％，乙醇的产率为90％，以消耗乙烯为基准。则反应器输出物料的总摩尔数为（）。A．87.72molB．87.98molC．88.12molD．87.58mol答案：1-7AA．答案正确。选择计算基准为进料100mol对过程进行物料衡算输入乙烯为53.7mol生成乙醇的摩尔数为53.7×0.05×0.9＝2.42mol生成二乙醚的摩尔数为：乙烯理论上转化为乙醇的摩尔数减去实际得到的乙醇摩尔数差的二分之一。因为根据反应方程式每2mol乙醇生成1mol的二乙醚。所以，生成二乙醚的量为mol133.0242.205.07.53输入水的摩尔数为36.7mol参加反应的水的摩尔数为36.7－53.7×0.05＝36.7－2.685＝34.015mol由副反应生成的水量为：0.133mol最后水的摩尔数为：33.815＋0.133＝34.15输出物组成：乙烯53.7×(1－0.05)＝51.02mol58.26％乙醇2.42mol2.76％二乙醚0.133mol0.15％水：34.15mol38.8％总摩尔数为：87.72molB．答案错误。生成二乙醚量及水量计算错误，即53.7×0.05－2.42＝0.265总摩尔数为87.98molC．答案错误。计算生成二乙醚量时，计算错误。即(53.7×0.05－2.42)×2＝0.53输出总摩尔数为88.12molD．答案错误。在计算水时，少计算副反应生成的水量0.133mol总摩尔数为87.58mol1-8乙烯在银催化剂上用过量空气部分氧化制取环氧乙烷。反应方程如下：主反应：2×28322×44副反应：反应器进口混合气体的流量为45000m3（标准）/h，组成如下表所示。附表物料组成物料组成C2H4N2O2合计摩尔百分数/%3.582.014.5100乙烯的转化率为32％，反应选择性为69％，则反应器出口气体的流量为（）kg/h。A．57107.5B．57414.5C．56981.95D．11289.9答案：1