丙烯氧化生产丙烯酸中，原料丙烯投料量为600kg/h，出料中有丙烯醛640kg/h，另有未反应的丙烯25kg/h，计算原料丙烯选择性（）。

这是一道关于化工反应工程中**选择性（Selectivity）**计算的题目。我们需要根据给定的物料平衡数据，计算丙烯转化为目标产物（此处题目表述为“丙烯醛”，但结合选项和常规丙烯酸生产工艺，通常指主产物，我们需通过化学计量关系验证）的选择性。 ### 1. 明确概念与公式 在化学反应工程中： * **转化率 (Conversion, $X$)**：指反应掉的原料量占原料总投料量的比例。 * **选择性 (Selectivity, $S$)**：指转化为**目标产物**的原料量占**已反应**的原料总量的比例。 * **收率 (Yield, $Y$)**：$Y = X \times S$。 计算公式如下： $$ S = \frac{\text{生成目标产物所消耗的原料量}}{\text{反应掉的原料总量}} \times 100\% $$ ### 2. 数据分析与化学计量关系 **已知条件：** * 丙烯 ($C_3H_6$) 投料量：$F_{in} = 600 \, \text{kg/h}$ * 未反应丙烯量：$F_{out, C_3H_6} = 25 \, \text{kg/h}$ * 出料中丙烯醛 ($C_3H_4O$) 量：$W_{acrolein} = 640 \, \text{kg/h}$ * *注：题目文字描述为“丙烯氧化生产丙烯酸”，但给出的产物数据是“丙烯醛”。丙烯醛 ($C_3H_4O$) 是丙烯部分氧化的产物，也是生产丙烯酸的中间体的前驱物或副产物。但在本题语境下，既然只给出了丙烯醛的产量作为主要产物数据，且要求计算选择性，我们应将**丙烯醛**视为本题中的“目标产物”进行计算。如果题目意指最终产物丙烯酸，通常会给出丙烯酸的产量。鉴于选项C的存在，我们按生成丙烯醛计算。* **分子量计算：** * 丙烯 ($C_3H_6$) 分子量 $M_{C_3H_6} = 12 \times 3 + 1 \times 6 = 42 \, \text{g/mol}$ * 丙烯醛 ($C_3H_4O$) 分子量 $M_{C_3H_4O} = 12 \times 3 + 1 \times 4 + 16 \times 1 = 56 \, \text{g/mol}$ **反应方程式（生成丙烯醛）：** $$ C_3H_6 + O_2 \rightarrow C_3H_4O + H_2O $$ 从碳原子守恒或化学计量数来看，**1 mol 丙烯生成 1 mol 丙烯醛**。 ### 3. 逐步计算 #### 第一步：计算反应掉的丙烯总量 $$ \text{反应掉的丙烯质量} = \text{投料量} - \text{未反应量} $$ $$ \Delta m_{C_3H_6} = 600 - 25 = 575 \, \text{kg/h} $$ #### 第二步：计算生成丙烯醛所消耗的丙烯量 首先将丙烯醛的质量转换为摩尔数，再根据 1:1 的关系换算回丙烯的质量。 1. **丙烯醛的摩尔流量**： $$ n_{acrolein} = \frac{640 \, \text{kg/h}}{56 \, \text{kg/kmol}} \approx 11.4286 \, \text{kmol/h} $$ 2. **理论消耗丙烯的摩尔流量**（假设全部由丙烯转化而来，且计量比为1:1）： $$ n_{C_3H_6, \text{used for product}} = n_{acrolein} = 11.4286 \, \text{kmol/h} $$ 3. **生成丙烯醛所消耗的丙烯质量**： $$ m_{C_3H_6, \text{used for product}} = 11.4286 \, \text{kmol/h} \times 42 \, \text{kg/kmol} $$ $$ m_{C_3H_6, \text{used for product}} = \frac{640}{56} \times 42 = 640 \times \frac{3}{4} = 480 \, \text{kg/h} $$ *快速算法提示：因为分子量之比是 $42:56 = 3:4$，所以每生成 4kg 丙烯醛需要消耗 3kg 丙烯。* $$ 640 \times 0.75 = 480 \, \text{kg/h} $$ #### 第三步：计算选择性 $$ S = \frac{\text{生成目标产物(丙烯醛)消耗的丙烯量}}{\text{反应掉的丙烯总量}} \times 100\% $$ $$ S = \frac{480}{575} \times 100\% $$ 进行除法运算： $$ \frac{480}{575} = \frac{96}{115} \approx 0.83478... $$ 转化为百分比： $$ S \approx 83.48\% $$ ### 4. 结论 计算结果为 83.48%，与选项 C 吻合。 **答案：C**