化工模拟复习题答案及步骤(修正版)

1．写出ChemCAD5中几种常用的反应器单元操作：Equilibriumreactor(化学平衡反应器)、Gibbsreactor(吉布斯反应器)、Stoichiometicreactor(化学计量反应器)、Kineticreactor(动力学反应器)。写出ChemCAD5中几种常用的蒸馏单元操作：SHOR(简捷蒸馏)、SCDS(NR法严格蒸馏)、TOWR(内外环法严格蒸馏)、TPLS(内外环法复杂蒸馏)、BATC（间歇蒸馏）。2．序贯模块法查CAS号和组分基本性质：ThermoPhysical——Databank——View/Edit——输入组分号点击Ok——Synonyms中查询CAS号，BasicData中查询泡点温度(Normalboilingpoint)、临界温度(criticaltemperature)；蒸汽压（vaporpressure）、理想气体热容（IdealGasHeatCapacity）得方程号和数值，通过菜单栏Help功能——ComponentDatabank——LibraryEquations查的对应方程号的表达形式。A.利用ChemCAD，查询乙醇（ethanol）134的CAS号为：64-17-5；其泡点温度为351.44K；蒸汽压（vaporpressure）库方程为ChemCAD中的库方程号为101，方程形式与系数分别为EDTTCTBAY)ln(exp其中A=74.475,B=-7164.3,C=-7.327,D=3.134e-006,E=2B.利用ChemCAD，查询正丁醇(n-butanol)160的CAS号为：71-36-3；其临界温度(criticaltemperature)为563.05K；液相粘度(VaporViscosity)方程为ChemCAD中的101号库方程，方程形式与系数分别为A=-35.426,B=3184.5,C=3.2965,D=-3e-027,E=10。C.利用ChemCAD，查询丙酮（acetone）140的CAS号为：67-64-61；其泡点温度为508.2K；理想气体热容（IdealGasHeatCapacity）方程为ChemCAD中的107号库方程，方程形式与系数分别为A=48120,B=164400,C=1250,D=71700,E=-524.43．组分的二元交互作用参数的查询：ThermoPhysical——Databank——BIP’s——添加组分——NRTL——查得ijB、jiB、AlphaA.利用ChemCAD，查询乙醇（ethanol）和水的NRTL模型方程的二元交互作用参数为：ijijBjiBAlpha乙醇水377.577653.8850.5856B.利用ChemCAD，查询甲醇（Methanol）117—水物系的NRTL模型方程的二元交互作用参数为：ijijBjiB甲醇水-24.4933307.1660.3001C.利用ChemCAD，查询乙二醇（1,2-ethanediol）135和水的NRTL模型方程的二元交互作用参数为：组分组分B12B21α乙二醇（1）水（2）-338.073405.2630.29774．共沸混合物中的温度和组成的计算：○1添加组分（工具栏快捷键或者ThermoPhysical—Databank—Newcomponent}——注意改工程单位（Format—EngineeringUnits）——热力学模型具体按题目选择○2Plot——TPXY——选择第一第二组分——模式（mode）选择恒压或者恒温——横轴（Axismode）为molefraction——点击okey，从图中查看交点，可放大并点击点读数。A.异丙醇（Isopropanol）145和水在1atm下能够形成最低共沸物，利用Wilson模型方程，计算其共沸温度为80.13℃；该共沸物中异丙醇的含量为70mol%。B.乙酸乙酯（EthylAcetateEthanol）155和水在1atm压下能够形成最低共沸物，利用Wilson模型方程，计算得到其共沸温度为71.91℃；共沸物中乙酸乙酯的含量为71mol%。C.苯（Benzene）和环己烷（Cyclohexane）在1atm压下能够形成最低共沸物，利用Wilson模型方程，计算得到其共沸温度为77.62℃；共沸物中苯的含量为55mol%。二、Flash模块计算泡露点以及平衡的气液相组成：○1添加组分——改工程单位——选择热力学模型○2定义进料流股，输入压强、温度、气相摩尔分率和能量（其中只能定义两项）——算泡点时VaporFraction为0.0001，露点时为0.9999。○3定义闪蒸模块：根据题目选择flashmodeA\B\C题均0以进料T/P计算V/F、H○4Run——查看Result——setflowunits(mol%)——streamcomposition（productstream）——泡点时读取塔顶VB/mol%，露点时读取LD/mol%A.由摩尔组成为0.3的苯(benzene)40、0.4的甲苯（toluene）41和0.3的对二甲苯(p-xylene)44所组成的混合物，在压力为106.7kPa下的泡点温度为378.40K，露点温度为392.02K。将与泡点温度成平衡的气相组成VB和与露点温度成平衡的液相组成LD填入下表（热力学性质计算采用SRK方程）。组分VB/mol%LD/mol%苯56.7411.44甲苯32.4233.95对二甲苯10.8454.60B.5atm下，组成为苯(benzene)30mol%、甲苯(toluene)30mol%、邻二甲苯42(o-xylene)40mol%的混合物，其泡点温度为176.63℃；露点温度为192.11℃；将与泡点温度成平衡的气相组成VB和与露点温度成平衡的液相组成LD填入下表。（采用P-R模型方程）组分VB组成/mol%LD组成/mol%苯52.1813.81甲苯28.7024.23邻二甲苯19.1261.95C.总压1.0133MPa下混合液体的组成见下表，利用ChemCAD计算（采用SRK模型方程）：（1）混合液的泡点为114.16℃，与泡点温度成平衡的气相组成（填入表中）。（2）混合液的露点为150.0℃，与露点温度成平衡的液相组成（填入表中）。组分原料组成mol%泡点温度下平衡气相组成(mol%)露点温度下平衡液相组成(mol%)n-Butane0.467.2015.92n-Pentane0.3126.2721.91n-Heptane0.296.5362.16三、Flash模块计算闪蒸后流股的温度和气化率、热负荷：○1添加组分——改工程单位——选择热力学模型。○2定义进料流股，输入压强、温度、气相摩尔分率等，注意题目给的为为组分的摩尔分率或者摩尔流率。○3换热器模块：Temperatureofstream输入温度。○3定义闪蒸模块：根据题目选择flashmode：（具体模式）1以进料V/F和P计算T、HA题2固定T和P计算V/F、HB题T=1225固定P和H计算V/F、TC题H=0）○4Run——查看Result——setflowunits(mol%)——streamcomposition（productstream）——流股温度Temp，塔顶馏出液Total，塔顶为气相组成，塔釜为液相组成。○5查看热负荷Heatduty——Result——UnitOps’同时也可查看K值。A.现有温度为900oF，压强为500psia的进料流股，流股组成为：为了达到分离要求，该流股须先经过一换热器冷却至200oF，后在14.7psia下进行绝热闪蒸，闪蒸后流股的温度为83.1010oF，汽化率为0.9667，（为D/W）并将最终的气相和液相产品中各组分的摩尔百分含量，以及该闪蒸条件下各组分的相平衡常数填入下表中（采用SRK模型方程）。组分流量/bmol/h气相组成液相组成k值hydrogen40569.820.0200593480.844组分流量/bmol/hrhydrogen405methane95benzene95toluene5合计600methane9516.380.049379331.659benzene9513.3189.0155730.150toluene50.4910.9149910.045总计600580.0219.9728B.总压1.0133MPa，温度110℃的流股100kmol/h，组成见下表，利用ChemCAD计算（采用SRK模型方程）：（1）若保持压强不变，加热该流股至122℃使之部分汽化，汽化率为0.2711；（2）完成该次闪蒸过程所需的热负荷为746.35MJ/h；（3）平衡后的气、液两相的组成及K值（填入表中）。组分原料组成mol%122℃下平衡气相组成(mol%)122℃下平衡液相的组成(mol%)122℃下K值n-Butane0.460.2432.471.855n-Pentane0.3130.0731.340.959n-Heptane0.299.69036.180.268C.下表所示的流股常压下的气相分率为0.2，若要通过闪蒸，使得该流股在常压下的气化率达到0.5，则达到平衡时该流股的温度为33.9827℃；完成该次闪蒸过程所需的热负荷为658.5985MJ/h；将平衡后的气液相组成及该条件下各组分的K值填入下表。（采用P-R模型方程）组分流量kmol/h气相组成(wt%)液相组成(wt%)K值C358.740.7010.575i-C41530.506.244.165n-C52537.7334.530.391i-C62018.6746.330.343n-C654.3812.200.306四、纯组分的物性回归：A.下表所示为乙醇（ethanol）的部分饱和蒸汽压实验数据，蒸汽压力（Pa）温度（K）2666.44281.155332.88292.157999.32299.1513332.2308.0526664.4321.5553328.8336.65101324.7351.55利用该数据，完成以下工作：（1）写出利用ChemCAD数据回归功能，回归乙酸安托尼方程系数的主要步骤；主要步骤如下：1.新建一个组分，或拷贝一个组分。ThermoPhysical/Databank/NewcomponentThermoPhysical/Databank/Copycomponent2.回归纯组分物性数据Tools/pureregression/Antoinevaporpressure从列表中选择组分显示方程形式输入数据inputdata给出结果resultreport（2）回归得到乙醇安托尼方程系数。AntA=2.1997e+001AntB=5.6170e+003AntC=1.4575e+001B.苯的饱和蒸汽压与温度的关系数据如下表，温度（℃）270.55280.75288.55299.25315.35333.75353.25压力（kPa）2.6665.3337.99913.3326.6653.33101.32利用该数据，完成以下工作：(1)写出利用ChemCAD数据回归功能，回归苯Antoine方程系数的主要步骤；主要步骤如下：1.新建一个组分，或拷贝一个组分。ThermoPhysical/Databank/NewcomponentThermoPhysical/Databank/Copycomponent2.回归纯组分物性数据Tools/pureregression/Antoinevaporpressure从列表中选择组分显示方程形式输入数据inputdata给出结果resultreport（2）回归得到苯Antoine方程系数。AntA=2.2000e+001AntB=7.3999e+003AntC=-1.5000e+002C.下表所示为部分乙酸130（AceticAcid）的饱和蒸汽压实验数据：T/℃PS/kPa559.6556012.0867018.514802