计算过程（y表示MF中各个组分的摩尔分率） (1)反应器出口的乙烯的量：
=MF?yC2H4?(1?乙烯的单程转化率） =10928.1960×0.3×(1-10％)
=2950.6129 kmol/h (2-30)
(2)反应器出口环氧乙烷：
?环氧乙烷的选择性 =MF?yC2H4?乙烯的单程转化率=10928.1960×0.3×10％×80％
=262.2767 kmol/h (2-31)
(3）反应器出口二氧化碳：
=MF×yC2H4×乙烯的单程转化率×二氧化碳的选择性×2+MF×yCO2 =10928.1960×0.3×10％×20％×2+10928.1960×5.05％
=683.0122 kmol/h (2-32)
(4）反应器出口乙醛的量：
=MF?yC2H4?乙烯的单程转化率?乙醛的选择性 =10928.1960×0.3×10％×0.2％
=0.65567 kmol/h (2-33)
(5）反应器出口水量（反应中每生成一摩尔的二氧化碳同时生成一摩尔的水） 所以：
反应器出口水的量：
=MF?yH2O?MF?yC2H4?乙烯单程转化率?二氧化碳选择性?2 =10928.1960×0.0066+10928.1960×0.3×10％×20％×2
=203.2644 kmol/h (2-34)
6）反应器出口氧气量（混合器中氧气量-生成环氧乙烷消耗的氧气量-生成乙醛消耗氧气量-生成二氧化碳消耗的水量） 即：反应器出口氧气量：
?MF?yO2?MF?yC2H4?乙烯单程转化率?环氧乙烷选择性?0.5
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－MF?yC2H4?乙烯单程转化率?二氧化碳择性?3 =10928.1960×0.0832－10928.1960×0.3×10％×80％×0.5 －10928.1960×0.3×10％×20％×3
=581.3800 kmol/h (2-35)
7）反应器出口氮气，氩气，甲烷，乙烷的量
因为在反应器中这些物料没有发生变化，所以其量等于进口的量 即：氮气=125.6742 kmol/h
甲烷=5464.0980 kmol/h
氩气=346.4238 kmol/h
乙烷=173.7583 kmol/h
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第三章 热量衡算
3.1 反应器的热量衡算
（1）乙烯以银催化剂氧化制环氧乙烷，主要反应为
C2H4?1H2O?C2H4O?103.41KJ/mol (3-1)
2C2H4?3O2?2CO2?2H2O?1364.9KJ/mol (3-2)
（2）反应热为基准温度T0=25℃(298.15K)下的反应热。
反应器内进料温度为T1=150℃(423.15K)，反应温度为T=234℃(507.15K)； 出料温度T2=234℃(507.15K)；
转化率为10%，选择性为80%，空速为4000/h。
要求年产高纯度环氧乙烷3万吨，采用氧气直接氧化法，进行反应器的热量衡算。 设原料气带入的热量为Q1，反应热为Q2，氧化气带出的热量为Q3，反应器的散热量为Q4。当忽略热损失时，有
Q1+Q2=Q3+Q4 (3-3)
(1)各组分的比热
①查得理想气体的比热计算式
CP0?A?BT?CT2?DT3 (3-4)
上式中的各项系数值如表3-1所示。
表3-1 各组分的定压比热系数值
组分 C2H4
A 5.7037 26.0082 23.0566 29.4717 32.4150 －7.5911
B×10 1.43894 0.1174 0.5687 －0.0476 0.0034 2.2238
C×105 －6.7284 －0.2341 －3.1828 1.2706 1.2851 －12.6044
D×108 1.1800 －0.0562 0.6388 －0.4794 －0.4408 2.6122
O2
CO2
N2
H2O
C2H4O
②原料气温度为150℃， 氧化气温度为234℃.在此条件下各组分的Cp0值如表3-2， 3-3
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所示。
表3-2 原料气各组分的Cp0值(J/mol·K))
组分 原料气
C2H4
60.8000
O2
31.1000
CO2 N2
29.6000
43.8000
表3-3 氧化气各组分的Cp0值(J/mol·K)
组分 氧化气
H2O
C2H4
64.3000
O2
31.4000
CO2 N2
29.8000
C2H4O
78.0000
45.0000
35.5000
可查得真实气体与理想气体的比热之间关系的计算式
000 Cp?Cp??Cp?Cp??Cp???C1p （3-5）
而ΔCp0和ΔCp1与Tr 、Pr的关系可查出。
原料气的温度为150+273.15＝423.15K，压力P为1MPa； 氧化气的温度为234+273.15＝507.15K，压力P为1.6MPa。 查表计算，各项计算结果如表3-4、3-5所示
表3-4 原料气中各组分定压比热的压力校正参数
组分
Tc/K C2H4
282.4000 5.0360 1.7110 0.1990 0.0850 0.6700 0.6280 61.5230
O2
154.6000 5.0460 3.1250 0.1980 0.0210 0.1590 0.0380 31.2600
CO2 N2
126.2000 3.3940 3.8280 0.2950 0.0400 0.1380 0.0000 29.7380
304.2000 7.3760 1.5880 0.1360 0.2250 0.5440 0.5860 44.4760
pc/MPa
Tr
Pr
?
0?Cp/J/(mol?K)
?C1p/J/(mol?K)
Cp/J?mol?1?K?1
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表3-5 氧化气中各组分定压比热的压力校正参数
组分
Tc pc
C2H4
282.4000 5.0360 1.8530 0.1990 0.0850 0.5440 0.5020 64.8870
O2
154.6000 5.0460 3.3840 0.1980 0.0210 0.1340 0.00840 31.5340
CO2 N2
126.2000 3.3940 4.1450 0.2950 0.0400 0.1260 0.0000 29.9260
H2O C2H4O
469.0000 7.1940 1.1150 0.1390 0.2000 2.0930 5.0230 81.0980
304.2000 7.3760 1.7200 0.1360 0.2250 0.4190 0.5020 45.532
647.3000 22.050 0.8080 0.0450 0.3440 1.3810 4.1860 38.3210
Tr
Pr
?
0 ?Cp ?C1pCp
(3)热量衡算
①原料气带入的热量Ql
原料气的入口温度为423.15 K，以273.15 K为基准温度，则
Q1??niCpi(T入?T基)(kJ/)h （3-6）
i表3-6原料气带入的热量
组分
Cp（J／mol·K)
61.5230 31.2600 44.4760 29.7380 -
Xni XniCpi C2H4 O2
CO2
0.0340 0.0560 0.0770 0.8330 1.0000
2.0920 1.7510 3.4250 24.7720 30.0400
N2
合计
计算
） Q1?NXniC（ (3-7) pit入-t基由公式3-7可得
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