化工设计复习题.docx

1、化工设计复习题化工设计复习提纲 1. 甲醇脱生成甲醛的反应方程式为：CH3OH（l） HCHO（g）+H2（g）（1）试用燃烧热数据计算1600 kg甲醇在 、25 条件下的反应生成的热量。已知：25下甲醇（l）的燃烧热:（H0298,c）甲醇= mol；25下甲醛（g）的燃烧热：（H0298,c）甲醛= mol；25下H2 （g）的燃烧热:（H0298,c）H2 = mol。（2）若用废热锅炉回收上述反应生成的热量。高温气体走管内，管外送入30、压力的软水，产生的饱和蒸汽，热损失为气体放出热的8%，求产生的蒸汽量。已知：30、的饱和水焓：H1=；的饱和蒸汽H2=。解：(1) 25下甲醇（l）

2、的燃烧热: （H0298,c）甲醇=mol25下甲醛（g）的燃烧热: （H0298,c）甲醛=mol25下H2 （g）的燃烧热: （H0298,c） H2 =mol、25 的反应热:（H0298）reac= （H0298,c）甲醇- （H0298,c）甲醛-（H0298,c）H2 = + =mol Q=1600321000=10 3(kJ) (2) 30、的饱和水焓 H1=h的饱和蒸汽焓 H2=h产生的蒸汽量为：=() 2. 如图所示，该塔的进料量F为2400kg/h，进料为气液混合进料，气液比为1：2，馏分D的流率为1100kg/h，料液和馏分的温度分别为110及70，过热蒸汽V为90，塔底

3、组分温度为130，所有组分的平均比热容为cp=kg K，所有组分的潜热为H=200kJ/kg，回流比R=2，忽略热量损失。先计算塔底W和塔顶V的量，然后计算再沸器和冷凝器的热负荷。若塔顶冷凝器的进出口温度分别为20和50，总传热系数K取3000W/m2K，估算冷凝器的面积。1）先进行物料衡算：确定基准为1 h 进料F=2400 kg 馏分D=1100 kg W=FD=2400110=1300kg V=（R+1）D=31100=3300 kg 2）热量衡算： 选70为基准温度 进料（F）的热量：显热：QF1=MFcP（TFT0）=2400（11070）=105（kJ）潜热：QF2=1/3MFH=

4、1/32400200=105（kJ） QF= QF1 QF2=105（kJ） 塔釜（W）的热量：显热：QW1=MWcP（TWT0）=1300（13070）=104（kJ）潜热：QW2=0 塔顶（V）的热量：显热：QV1=MVcP（TVT0）=3300（9070）=104（kJ）潜热：QV2=MVH=3300200=105（kJ） QV= QV1 QV2=105（kJ）塔顶馏分（D）和回流液（L）的热量：QD =QL=0 对整个系统进行热量衡算： Q进=Q再沸器入QFQLQ出=Q再沸器出QWQV Q进= Q出再沸器的热负荷： Q再=Q再沸器入Q再沸器出= QWQVQFQL =104105105

5、=105（kJ）冷凝器的热负荷： Q冷= QV=105（kJ） 3) 冷凝面积的计算： T1=70 T2=90 t1=20 t2=50 t1 =70-20=50 t2 =90-50=40 =()Q=KA tmA= Q冷/K tm =108/(30003600 =() 3某厂用空气氧化邻二甲苯生产苯酐。原料流量为205 kg/h邻二甲苯，4500 m3/h空气。从反应的计量关系可知，生成1 mol的苯酐需反应掉1 mol的邻二甲苯。经检验得到的反应器出口气体组成如下：组分苯酐顺酐邻二甲苯O2N2其他合计%(mol)78100试计算：（1）邻二甲苯的转化率、苯酐收率；（2）苯酐的年产量（按330天

6、/年计）。. 解：因为其中含有大量N2，且N2为惰性组分（不参加反应），所以选择N2作为物料 衡算的联系物。 进入反应器的空气中含有N2：（4500/）= kmol/h设反应器出口气体的总流量为x kmol/h，则有：= x= kmol/h 因此，反应器出口气体含有邻二甲苯：%= kmol/h=106= kg/h反应器出口气体含有苯酐：%= kmol/h 所以，邻二甲苯转化率X=（）/205=%苯酐收率Y=（205/106）=%苯酐的年产量=24330148=106 kg/h =1550 t/a 4. 含有苯（B）、甲苯（T）、二甲苯（X）分别为50%、30%、20%的混合物，以60000kg

7、/d的流量进入一个由两座精馏塔组成的分离系统，流程及赋值见图。已知52%（质量）自塔 顶部流出，物流3中所含的苯有75%（质量）自塔顶部流出。计算所有未知物流3、5的变量。解：以1天为基准；列平衡方程式，得：F1=F2+F3 F3=F4+F5F1=60000kgF2=F152%=6000052%=31200kgF3=F1-F2=28800kg 由于：F1xB1=F2xB2+F3xB3 F1xT1=F2xT2+F3xT3 F1xX1=F2xX2+F3xX3得到：xB3=% B3=3600kg xT3=% T3=17064kg xX3=% X3=11376kg 可得：F4=F3XB375%XB4=

8、9000kg F5=F3-F4=28800-9000=19800kg再： F3xB3=F4xB4+F5xB5 F3xT3=F4xT4+F5xT5 F3xX3=F4xX4+F5xX5得到xB5=% B5=89kg xT5=43% T5=8514kg xX5=% X5=11197kg 5用甲苯制造对甲苯磺酸。每批投入甲苯为1000kg（含量为99%，其余为杂质，下同），浓硫酸为1050kg（含量为98%）；在磺化过程中，甲苯的转化率为80%：其中75%转化为对甲苯磺酸，25%转化为邻甲苯磺酸；已知反应过程中有1%的甲苯和10%的反应水被蒸发为蒸汽逸出。试对该反应过程进行物料衡算。解：确认物料衡算基

9、准为1批：实际参加反应的甲苯数量为：F1=100099%80%=792kg杂质：10001%=10kg未转化：100099%20%=198kg 反应方程式： 对甲苯磺酸（C7H7-SO3H）H2OC7H8H2SO4 Y1 92 98 邻甲苯磺酸（C7H7-SO3H）H2O 891 X Y2 Z参加反应的浓硫酸：X=79298/92=未反应的浓硫酸：105098%=杂质：10502%=21kg Y=792172/92=Y1=75%=Y2=25%=生成水的量：Z=79218/92=155kg其中：蒸发：15510%= 剩余： 总物料衡算：略6. 由氢和氮生产合成氨时，原料气中总含有一定量的惰性气体

10、，如氩和甲烷。为了防止循环氢、氮气中惰性气体的积累，因而需要设置放空装置，如图所示。假如原料气的组成（摩尔分数）为：N2 %，H2 %，惰性气体%。N2单程转化率为25%，循环物流中惰性气体为%，%（摩尔分数）。试计算：（1）N2的总转化率；（2）循环物流量与原料气的摩尔比。解：确定基准：100mol原料气循环物流的组成： I的摩尔分数 = NH3的摩尔分数 = N2的摩尔分数 =（）4 = H2的摩尔分数 = 3=。 列方程：100 = 解得：F4 = 8mol N2组分衡算： （ F1+）（） =（R+F4） 将F1 = 100mol，F4 = 8mol 代入上式，得: （ 100 + R

11、）（）=（R+8） 解得： R = N2的总转化率为： （100 + ） （100 ） = = % 放空气与原料气的摩尔比： 8 100 = 循环物流量与原料气的摩尔比为： 100 = 7 乙苯用混酸硝化，原料（工业用）乙苯的纯度为98%，混酸中HNO332%、H2SO456%、H2O12%，HNO3过剩率（HNO3过剩量与理论消耗量之比）为，乙苯的转化率99%，转化为对、邻、间位分别为52%、43%和4%，若年产300吨对硝基乙苯，年工作日300天，试以一天为基准作硝化反应的物料衡算。解：确定物料恒算的基准为1天，对硝基乙苯产量：3001000300=1000kg 根据反应方程式：C6H5-

12、C2H5+HNO3 NO2-C6H4-C2H5+H2O 106 63 151 18 x 1000x=（1061000）（15152%）=1350 kg折纯：135098%= kg又根据反应方程式：C6H5-C2H5+HNO3 NO2-C6H4-C2H5+H2O 106 63 151 18 1350 x1（邻）x2（间）x1=135015143%106=x2=13501514%106= kg 每天投料的混酸为：Y=631350（1+）（106）= kg其中：HNO3 ：32%= kg H2SO4 ：56%=H2O ：12%= kg 每天消耗的乙苯为：135099%= kg剩余：= kg 每天消耗

13、的硝酸为：13506399%106=剩余： kg 反应生成的水为：13501899%106= kg 总水量为：+= 总衡算表：略8. 作生产2000kg氯化苯的物料衡算。液态产品的组成（质量%）为苯、氯化苯、二氯化苯、三氯化苯，商品原料苯和工业用氯气的纯度均为98%，过程中的主要反应有： C6H6+Cl2 C6H5Cl+HClC6H6+2Cl2 C6H4Cl2+2HClC6H6+3Cl2 C6H3Cl3+3HCl解：以氯化苯为基准，F1=2000kg则要求液态产品的总量为：F=F135%=可知：二氯化苯为：F2=F%=三氯化苯为：F3=F%= 苯为：FB=F60%= （6分）由： C6H6+C

14、l2 C6H5Cl+ HCl 78 71 x1 y1 2000 z1C6H6+2Cl2 C6H4Cl2+ 2HCl78 142 147 73 x2 y2 z2C6H6+3Cl2 C6H3Cl3+ 3HCl78 213 x3 y3 z3得到：x1= kg x2= kg x3= kgy1= kg y2= kg y3=z1= kg z2= kg z3= （6分） 所以，参与反应的苯为：x1+ x2+ x3= kg工业苯的用量：（+）99%= kg消耗的氯气为：y1+ y2+ y3= kg工业氯气的用量为：99%=生成氯化氢的量为：z1+ z2+ z3= kg杂质及废气的量为：+ （5分）总物料平衡：

15、略9某厂用空气氧化邻二甲苯生产苯酐。原料流量为205 kg/h邻二甲苯，4500 m3/h空气。从反应的计量关系可知，生成1 mol的苯酐需反应掉1 mol的邻二甲苯。经检验得到的反应器出口气体组成如下：组分苯酐顺酐邻二甲苯O2N2其他合计%(mol)78100试计算：（1）苯酐收率和反应选择性；（2）苯酐的年产量（按300天/年计）。解：因为其中含有大量N2，且N2为惰性组分（不参加反应），所以，选择N2作为物料衡算的联系物。 进入反应器的空气中含有N2：（4 500/）= kmol/h设反应器出口气体的总流量为x kmol/h，则有：= x= kmol/h 因此，反应器出口气体含有邻二甲苯

16、：%= kmol/h=106= kg/h反应器出口气体含有苯酐：%= kmol/h 所以反应选择性S=Y/X=71%苯酐的年产量=24300148=1410 t/a 1. 丙烷充分燃烧时要使空气过量25，燃烧反应方程式为：试计算得到100摩尔燃烧产物（又称烟道气）需要加入的空气的摩尔量。解：以1mol入口丙烷为计算基准； 根据反应方程式，1mol丙烷需要5mol的氧气与之反应，因氧气过量25%，故需要加入的空气量为： 其中： 烟道气中各组分的量：因此，以1mol入口丙烷为基准的物料衡算结果如下：从计算结果可以看出，当空气加入量为时，可产生烟道气，所以，每产生100mol烟道气需加入的空气量为：1.乙烯氧化制环氧乙烷的反应器中进行如下反应：主反应 ：副反应：反应温度基本维持在250，该温度下主、副反应的反应的反应热分别为：