化工设计习题及解答第三章

1、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。3878进料中苯的摩尔分数xFB38620.4196+-7892278釜残液中苯的摩尔分数xWB=2980.02351+-7892进料平均相对分子质量M=0.419,)74810.4196)9286.13进塔原料的摩尔流量F=232.2kmol/h86.13依题意，馏出液中能回收原料中97%的苯，所以

2、Dx=97.43,0.97=94.51kmol/hDB作全塔苯的质量衡算得Fx=Dx+WxFBDBWB作全塔总质量衡算得F=W+D将已知数据代人上述质量衡算方程得232.2x0.4196=94.51+0.02351232.2=W+Dx=竺=愛=0.8752DBD108解得W=124.2kmol/h,D=108kmol/h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1240062

3、134.858.041240.214.4013.4812.4811159.498.0121.397.65合计20000100232.21008612.810010810011387.2100124.2100所以，习题4合成气组成为0.4%CH4，52.8%H2，38.3%CO,5.5%C02,0.1%02，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。2解：基准：1000mol合成气，1h；气体中含C4+385+55=442mol；H4x4+2x528=1072mol；O383+2x55+1x2=495mol理论氧量O=442+1072/4-49

4、5/2=462.5mol2理论空气462.5/0.21=2202.4mol实际空气1.1x2202.4=2202.4molN0.79x2422.6=1914mol2O0.21x2422.6=508.8mol2对各物质进行衡算N2平衡：29+1914=FN=1943mol；C平衡：4+383+55=FCO=442mol；O2平衡：0.5x383+55+1+508.8=F+0.5F+FCO2H2OO2=442+0.5x536+FO2F=46.3molO2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

5、气温度为450C，出口废气的温度为260C,进入锅炉的水温为25C，产生的饱和水蒸气温度为233.7C,3MPa,(绝压)，废气的平均热容为32.5KJ/(kmolC),试计算每lOOkmol的废气可产生的水蒸气量？解过程如图3-6所示出口废气26OC废气45OC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(mCAt)废气=W(h-h)p,mgL其中，W为所产生蒸气的质量，因此100 x32.5x(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：CH(g)1O(g),CH0(g)242224试计算0.1013MPa、25C下的反应热。AHo52.28J/mol解：乙烯(g)的标准生成热为f,29乙烯AHO51kJ/mol环氧乙烷(g)的标准生成热为f,29环氧乙烷因此，0.1013