化工设计习题及解答第三章

第三章物料衡算与热量衡算习题1连续常压蒸馏塔进料为含苯质量分数(下同)38％(wt)和甲苯62％的混合溶液，要求馏出液中能回收原料中97％的苯，釜残液中含苯不低于2％。进料流量为20000kg／h，求馏出液和釜残液的流量和组成。解：苯的相对分子质量为78，甲苯的相对分子质量为92。以下标B代表苯。进料中苯的摩尔分数38780.419638627892FBx釜残液中苯的摩尔分数2780.023512987892WBx进料平均相对分子质量0.419678(10.4196)9286.13M进塔原料的摩尔流量2000232.2/86.13Fkmolh依题意，馏出液中能回收原料中97%的苯，所以97.430.9794.51/DBDxkmolh作全塔苯的质量衡算得FBDBWBFxDxWx作全塔总质量衡算得FWD将已知数据代人上述质量衡算方程得232.20.419694.510.02351232.2WD解得124.2/,108/WkmolhDkmolh所以，94.5194.510.8752108DBxD组分塔进料塔顶馏出物釜残液kg/h%(wt)kmol/h%(mol)kg/h%(wt)kmol/h%(mol)kg/h%(wt)kmol/h%(mol)苯76003897.4341.967372.685.6094.5287.52227.82.02.922.35甲苯1240062134.858.041240.214.4013.4812.4811159.498.0121.397.65合计20000100232.21008612.810010810011387.2100124.2100燃烧气CO2O2N2燃烧合成气CH4H2COCO2O2N2空气O2N2习题4合成气组成为0.4%CH4，52.8%H2，38.3%CO，5.5%CO2,0.1%O2，和2.9%N2（体积百分数）。若用10%过量空气燃烧，设燃烧气中不含CO2，试计算燃烧气组成。解：基准：1000mol合成气，1h；气体中含C4+385+55=442mol；H4×4+2×528=1072mol；O383+2×55+1×2=495mol理论氧量O2=442+1072/4-495/2=462.5mol理论空气462.5/0.21=2202.4mol实际空气1.1×2202.4=2202.4molN20.79×2422.6=1914molO20.21×2422.6=508.8mol对各物质进行衡算N2平衡：29+1914=FN2=1943mol；C平衡：4+383+55=FCO2=442mol；O2平衡：0.5×383+55+1+508.8=FCO2+0.5FH2O+FO2=442+0.5×536+FO2FO2=46.3mol燃料气组成CO2，H2O，O2，N2=(0.149,0.1806,0.0156,0.6548)习题11某化工厂计划利用废气的废热，进入废热锅炉的废气温度为450℃，出口废气的温度为260℃，进入锅炉的水温为25℃，产生的饱和水蒸气温度为233.7℃，3MPa，（绝压），废气的平均热容为32.5KJ/(kmol·℃)，试计算每100kmol的废气可产生的水蒸气量？解过程如图3-6所示图3-6例3-8附图基准：100kmol的废气锅炉的能量平衡为废气的热量损失=将水加热以产生水蒸气所获得的热量即(mCp,mΔt)废气=W(hg-hL)其中，W为所产生蒸气的质量，因此100×32.5×(450-260)=W(2798.9-104.6)W=229kg所产生水蒸气质量为229kg·(100mol废气)-1习题13乙烯氧化为环氧乙烷的反应方程式如下：242241()()()2CHgOgCHOg试计算0.1013MPa、25℃下的反应热。解：乙烯（g）的标准生成热为0,298,52.28/fHkJmol乙烯环氧乙烷(g)的标准生成热为0,298,51/fHkJmol环氧乙烷－因此，0.1013Mpa，25℃下的反应热计算如下：000,298,298,298()()rififHnHnH反应物产物－1151152.280103.3/2kJmol＝（－）－＋＝－水25℃水蒸气233.7℃出口废气260℃废气450℃