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  3. 用邻二甲苯气相催化氧化制邻苯二甲酸酐(苯酐)。邻二甲苯投料量210kg／h，空气流量4620m3／h(标准)。反应器出口物料组成(摩尔分数)为：苯酐0．654％，顺丁烯二酸酐(顺酐)0．066％，邻二甲苯0．030％，O2 16．53％，N2 77．75％

用邻二甲苯气相催化氧化制邻苯二甲酸酐(苯酐)。邻二甲苯投料量210kg／h，空气流量4620m3／h(标准)。反应器出口物料组成(摩尔分数)为：苯酐0．654％，顺丁烯二酸酐(顺酐)0．066％，邻二甲苯0．030％，O2 16．53％，N2 77．75％

admin2022-10-08  79
问题 用邻二甲苯气相催化氧化制邻苯二甲酸酐(苯酐)。邻二甲苯投料量210kg／h，空气流量4620m3／h(标准)。反应器出口物料组成(摩尔分数)为：苯酐0．654％，顺丁烯二酸酐(顺酐)0．066％，邻二甲苯0．030％，O2 16．53％，N2 77．75％，其他还有H2O、CO2、CO等。试计算邻二甲苯转化率及苯酐和顺酐的选择性、收率及质量收率?
选项
答案由题意画出以下过程示意图： [*] 计算基准：1h 反应式： C6H4(CH3)2＋3O2→C8H4O3(苯酐)＋3H2O (1) 2C6H4(CH3)2＋9O2—→4C4H2O2(顺酐)＋6H2O (2) n氧气＝(4620／22．4×0．21)kmol／h＝43．31kmol／h 210kg／h邻二甲苯所需最大理论氧气量：(4．5×210／106)kmol／h＝8．915kmol／h＜43．31kmol／h 所以空气为过量反应物，邻二甲苯为限制反应物。 输入反应器的N2量：n氮气＝(4620／22．4×0．79)kmol／h＝162．94kmol／h 由氮平衡得产物总量PT：PT＝(162．94／0．7775)kmol／h＝209．57kmol／h 产物中各物质的量为： 邻二甲苯(209．57×0．0003)kmol／h＝0．06287kmol／h×106kg／kmol＝6．664kg／h 苯酐：209．57×0．00654＝1．3706kmol／h×148kg／kmol＝202．84kg／h 顺酐：209．57×0．00066＝0．1383kmol／h×98kg／kmol＝13．55kg／h 邻二甲苯单程转化率：(210－6．664)／210＝96．83％ 苯酐选择性：[*] 顺酐选择性：[*] 苯酐单程收率：Y苯酐单＝x单×S苯酐＝96．83％×0．7145＝69．19％ 或[*] 顺酐单程收率：Y顺酐单＝x单×S顺酐＝96．83％×0．03605＝3．49％ 或[*] 说明：单程转化率、总转化率、平衡转化率、选择性、单程收率、总收率这6个参数的计算需要写出相应的化学反应方程式，并且这6个参数的数值范围均在0～100％之间。但是，当反应系统极其复杂，难以写出具体的化学反应方程式时，通常可用单程质量收率、总质量收率来计算反应系统中目的产物与限制反应物之间的关系，此时单程收率、总质量收率可能超出100％。例如：目的产物是分子量增大的反应，均四甲苯氧化制均苯四甲酸二酐的反应[*] 原料均四甲苯的摩尔质量为134g／mol，产品均苯四甲酸二酐的摩尔质量为218．12g／mol，其最大质量收率(理论质量收率)为：218．12／134＝162．8％，若某厂的实际质量收率为94％，只相当于摩尔收率为57．74％。因此，此时不能单看质量收率是否接近100％，而要与其理论质量收率进行比较才能真正反映出反应过程的好坏。
解析
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