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2016年化工工程师辅导:物料能量平衡试题(6)

  1-9 将含碳88%(质量百分数)和水12%的液体汽化,并在燃烧装置中经催化燃烧得到烟道气,其组成为 CO2:13.4%(摩尔百分数,下同),O2:3.6%,N2:83.0%。如下图所示。

  则100 kg燃料燃烧氧气过量为( )。

  A.16.34%

  B.42.6%

  C.19.5%

  D.29.8%

  答案:1-9 C

  C.答案正确。

  本题物料平衡计算,利用惰性气体氮因不参加反应,所以出口的气体中氮的量与空气中氮气量相等,故本题用N2作联系物进行计算。

  ①根据元素平衡计算干烟道气量

  对碳进行元素平衡

  输入C的质量=输出C的质量

  设100 kmol干烟道气,含C量为

  100×0.134×12=161 kg

  100 kg燃料含C量为88 kg:

  所以100 kg燃料可以产生干烟道气54.65 kmol

  ②用N2作联系物,计算出燃烧反应过量空气百分数

  取基准54.65 kmol干烟道气

  干烟道气中氧气量为54.65×0.036=1.97 kmol

  干烟道气中有54.65×0.83=45.35 kmol氮

  1.00 kmol空气中有0.79 kmol氮

  54.65kmol烟道气中空气的摩尔数为

  进入空气中含氧量为57.4×0.21=12.05 kmol

  氧气过量12.05-1.97=10.08 kmol

  氧气过量率为

  A.答案错误。计算时用公式

  B.答案错误。计算为

  D.答案错误。计算为

  1-10 在硫酸生产过程中,二氧化硫催化氧化为三氧化硫。初始气体组成(体积百分数)为SO2 11%,O2 10%,N2 79%,氧化过程是在570℃,120kPa下进行,转化率为70%。则计算并选择反应混合物气体中SO3的分压为( )。

  A.9.6 kPa

  B.10.01kPa

  C.9.24 kPa

  D.53.87 kPa

  答案:1-10 A

  A.答案正确。

  SO2氧化反应方程式为

  设原料气为100 mol。

  根据题意进料气中SO2为11 mol,O2为10 mol,N2为79 mol。

  反应后气体

  SO3=11×0.7=7.7 mol

  SO2=11-7.7=3.3 mol

  O2=10-0.5×11×0.7=6.15 mol

  N2=79 mol

  反应后总摩尔数为96.15 mol

  其中:SO3为

  SO2为

  O2为

  N2为

  各组分的分压

  B.答案错误。消耗氧气量计算错误,计算为余氧量为10-11×0.7=2.3

  总摩尔数为92.3 mol,SO3摩尔百分数为

  SO3的分压为0.0834×120=10.01 kPa

  C.答案错误。误认为反应前后,总摩尔数不变,则SO3摩尔分数为7.7%,即SO3的分压为:0.077×120=9.24 kPa

  D.答案错误。计算中总摩尔数没有将N2的摩尔数计算在内,即总摩尔数为:7.7+3.3+6.15=17.15 mol

  SO3的摩尔分数为44.89%,即SO3的分压为0.4489×120=53.87 kPa

 

 

 

 

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