化工设计习题及解答第三章.doc

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20000kgh，求馏出液和釜残液的流量和组成。F, xFD, xDW, xW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 釜残液中苯的摩尔分数 进料平均相对分子质量 进塔原料的摩尔流量 依题意，馏出液中能回收原料中97%的苯，所以作全塔苯的质量衡算得 作全塔总质量衡算得 将已知数据代人上述质量衡算方程得 解得 所以，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。燃烧气 CO2 O2 N2燃 烧合成气 CH4 H2 CO CO2 O2 N2空气 O2 N2解：基准：1000mol合成气，1h；气体中含C 4+385+55=442mol；H 44+2528=1072mol；O 383+255+12=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1.12202.4=2202.4molN2 0.792422.6=1914molO2 0.212422.6=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：0.5383+55+1+508.8=FCO2+0.5FH2O+FO2=442+0.5536+ 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所示水 25水蒸气 233.7出口废气 260废气 450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,mt)废气=W(hg-hL)其中，W为所产生蒸气的质量，因此10032.5(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：试计算0