2011化工工程师辅导：物料能量平衡试题讲解(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。 $lesson$

　　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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