AspenPlus在化工过程模拟中的应用

AspenPlus在化工过程模拟中的应用

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第1章化工过程模拟概述-

第2章AspenPlus模拟基础

第3章流股的混合与分割过程模拟

第4章压力变送过程模拟

第5章分别设备模拟

第6章传热设备模拟

第7章塔设备模拟

第8章反应器模拟

第9章固体操作设备模拟

第三章流股的混合与分割过程模拟

学习目的：

1、练习用AspenPlus进行流程仿真的基本步骤；

2、驾驭物流混合模块Mixers/Splittcrs的用法°

内容：

课堂练习：建.立以下过程的AspenPlus仿真模型（exercise-3.1）：

已知:将lOOnP/hr的低浓酒精（乙醇20%w,水80%w,4U°C,Iatm）与2（）（）n?/hr

的高浓酒精（乙醇90%w,水10%w,30°C,2atm）混合，混合后物流平均分为

三股，一股干脆输出，其次股与100kg/hr的甲醇水溶液混合后（甲醇95%w,水

5%w,45℃,1.5bar）输出，第三股与80kg/hr的乙酸水溶液混合后（乙酸90%w,

水10%w,35℃,1.2bar）输出。

求：三股输出物流的组成（摩尔分率与质量分率）和流量（摩尔流量及体积

流量）分别是多少？

课后练习：建立以下过程的AspenPlus仿真模型（exercise-3.2）：

1）将400°C,3bar下的1OOOnrVhr水蒸气、1000m3/hr二氧化碳和10（）（）n?/hr

甲醇等压混合，求混合气体的温度和体积流量。

2）将400℃,30bar下的1000nrVhr水蒸气、1000n?/hr二氧化碳和1000nrVhr

甲醇等压混合，求混合气体的温度和体积流量。

3）将400°C,300bar下的1000n?/hr水蒸气、1000m3/hr二氧化碳和1000m3/hr

甲醇等压混合，求混合气体的温度和体积流量。

在物性方法及模型（Propertymethods&models）设定中分别选用志向气体状

态方程（Ideal）、Benedict-Webb-Rubin-Lee-Starlmg状态方程（BWR-LS）、

Peng-Robinson状态方程（Peng-Rob）、Redlik-Kwong-Soave状态方程（RK-Soave）

作为基本方法（Basemeihod）进行以上计算，比较各方法所得的结果有何不同，

将结果汇总编辑为MS-Word文档。

第四章压力变送过程模拟

学习目的：

驾驭各压力变送模块的用法，包括压缩机、泵、阀门、管道等。

内容：

课堂练习：建立以下过程的AspenPlus仿真模型：

1、将100n?/hr的水(25℃,1.5atm)用泵进行输送。分别在如下状况下进

行模拟。

a).泵效为0.68,轴效率为0.96,要求泵出口压力为6bar。(exercise-4.1-a)

b).已知所用离心泵的特性参数如下表：(exercise-4.1-b)

扬程(m)5954.247.843

流量(m'/h)7090109120

泵效0.6450.690.690.66

允许吸上真空度(m)5.04.53.83.5

2、计算5000kg/hr的饱和水蒸汽(7atm)经过管线(绝热，长20m,内径

lOOmm,粗糙度0.()5mm)输送到5m高处后的压力降和温度降。

(exercise-4.2)

3、计算lOOnf/hr的水(50°C,5bar)经过如下管线后(从A点到G点)的出口

压力。各点坐标为；A(0,0,0),B(5,0,0),C(5,5,0),D(15,5,0),E(15,0.0),

F(15,0,10),G(20,0,10)o管线直径均为0.1m,粗糙度为0.00005m.

(exercise-4.3)

课后练习：建立以F系统的AspenPlus仿真模型。(exercise-4.4)

1、已知：将20℃的水从蓄水池输送到高位水池，环境地理位置如下图所示。

管道接受9133x4的无缝碳钢管。所用离心泵的特性参数在课堂练习1中给出。

泵出口安装一只V500系列的等百分比流量截止阀(GlobeValve)调整流量。不

同阀门开度下阀的流通系数Cv,压降比例因子Xt和压力补偿因子FI如下表所示。

开度(%)102030405060708090100

Cv144672102126147168186202212

Xt0.970.970.960.940.930.920.920.90.90.9

FI0.790.790.770.750.730.710.710.690.680.68

求：

1、最大输送流量(m3/hr)及相应的轴功率。(此时阀全开)

1)最大输水量；(exercise-4.5-a)

2)输水量为正常用量时离心泵所需的转速、轴功率和泵出口压力；

(exercise-4.5-b)

3)输水量为50%正常用量时离心泵所需的转速、轴功率和泵出口

压力。(exercise-4.5-c)

流量(m3/hr)2341.56084

转速

扬程(m)1131079669

3000rpm

效率(％)63687167

流量(m3/hr)20355070

转速

扬程(m)76726444

2500ipm

效率(％)64.5696966

流量(m3/hr)16.5284158

转速

扬程(m)5148.543.530.5

2000rpm

效率(％)62646563

第五章分别设备模拟

学习目的：

驾驭各分别设备模块的用法，包括闪蒸、蒸发、萃取和简洁分别设备。

内容：

课堂练习：建立以下系统的AspenPlus仿真模型

1、流量为1000kg/hr、压力为0.11MPa、含乙醇70%w、水30%w的饱和蒸汽在蒸

汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽/液比(摩尔)=1/3。求离开冷凝器的汽、

液两相的温度和组成。(Exercise-5.1)

2、流量为1000kg/hr、压力为0.5MPa温度为120℃、含乙醇70%w、水30%wl勺物

料绝热闪蒸到().15MPa。求离开闪蒸器的汽、液两相的温度、流量和组成。

(Exercise-5.2)

3、流量为l()()Okg/hr、压力为().2MPa温度为20℃、含丙酮3()%w、水7()%w的物

料进行部分蒸发回收丙酮，求丙酮回收率为90%时的蒸发器温度和热负荷以

及汽、液两相的流量和组成。(Exercise-5.3)

4、流量为1000kg/hr、压力为0.2MPa温度为20℃、含丙酮30%w、水70%w的物

料进行部分蒸发回收丙酮，蒸发器热负荷为25()kW。分析液沫夹带对汽相丙

酮分率和丙酮回收率的影响。(Exercise-5.4)

5、流量为1000kg/hr、压力为O.UMPa、含乙醇30%w、正己烷30%、水40%w的

饱和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽/液比(摩尔)=1/9。求离

开冷凝器的汽、液、液三相的温度、质量流量和组成。(Exercise-5.5)

6、F=500kg/hr、P=0.8MPa、T=100℃含乙醇70%w、水30%w的物流与F=500kg/hr、

P=0.8MPa、T=7()℃含正己烷6()%、乙醇4()%w的物流在闪蒸器中混合并绝热

闪蒸到P=0.UMPa,求离开闪蒸器的汽、液、液三相的温度、质量流量和组

成。(Exercise-5.6)

7、在课堂练习6中分别设置乙醇和己烷为关键组份，视察输出结果有什么变更。

8、用水(P=0.2MPa,T=20°C>F=500kg/hr)从含乙醇40%w、正己烷60%w

的混合液(F=500kg/hr、P=0.2MPa>T=20℃)中萃取乙醇，求：乙醇的

萃取率，以及萃取相和萃余相的组成。(Exercise-5.8)

9、第8例中乙醇的萃取效率为90%时的须要的水流量，以及萃取相和萃余相的组

成。(Exercise-5.9)

10、把F=500kg/hr、P=0.15MPa、T=20℃含乙醇30%w、正丙醇20%w、正

丁醇10%w、水40%w的物流分成四股输出物流，各组份在输出物流中的支配

比例为：(Exercise-5.10)

乙醇0.96:0.02:0.01:0.01

正丙醇0.01:0.95:0.02:0.02

正丁醇0.01:0.05:0.92:0.02

水0.01:0.02:0.03:0.94

求输出物流组成。

11、从F=500kg/hr、P=0.15MPa、T=20℃>含乙醇60%w、正丙醇25%w、正

丁醇15%w的物流中回收乙醇，要求：1).乙醇浓度达到98%w、正丁醇含量不

大于l%w；2).乙醇回收率达到95%。求输出物流的组成和流量。

(Exercise-5.11)

12、同课堂练习11,假如分别过程是在精微塔中实现，塔顶出料是0.11MPa

的饱和蒸汽，塔底出料是0.13MPa的饱和液体，求输出物流的温度和体积流

量。(Exercise-5.12)

13、接受膜分别装置制取富氧空气。原料空气T=30℃、P=1.013bar,F=500

kmol/hr,经压缩机加压到4.5ba「后进入膜分别组件，出口压强l.lbar。已知膜

分别组件的性能与进、出口压差及进口流量的关系由下式描述：

Fr/Ffeed=0,l\AP05

­=1.1(%/5严

(No?/yN2poor

求富氧空气的氧浓度和体积流量，及其与进口压强的关系。(Excrcise-5.13)

课后练习：建立以下系统的AspenPlus仿真模型

1、F=100()kg/hr>P=0.8MPa、T=100℃含乙醇70%w、水30%w的物流与F=500

kg/hr、P=0.6MPa、T=70℃含正己烷60%、乙醇40%w的物流在闪蒸器中绝热闪

蒸到P=0.UMPa。轻液相在汽相中的液沫夹带率为5%,重液相在汽相中的液沫

夹带率为1%。求：离开闪蒸器的汽、液、液三相的温度、质量流量和组成。

(Exercise-5.14)

2、用水(P=0.15MPa、T=25℃)从含乙醇40%w、正己烷60%w的混合液(F=1000

kg/hr、P=0.15MPa、T=25℃)中萃取乙醇，要求乙醇的萃取率达到97%。求：

1)须要的水流量，以及萃取相和萃余相的组成；(Exercise-5.15)

2)乙醇分别效率对须要的水流量和萃取相组成的影响。

3、用精镭塔从F=1000kg/hr、P=0.14MPa,T=25℃、含乙醇60%w、正丙醇25%w、

正丁醇15%w的物流中回收乙醇，要求：1)回收物流的乙醇浓度达到98%w、

正丁醇含量不大于0・5%w;2)乙醇回收率达到97%。塔顶出料是0.12MPa的

饱和蒸汽，塔底出料是0.14MPa的饱和液体。求：输出物流的组成、温度和体

积流量。(Exercise-5.16)

4、渗透汽化膜分别装置被用于制取高浓度乙醇。原料乙醇(P=0.15MPaT=25℃)

含水5%w,产品乙醇含水(0.050.01)%w<>渗透膜的分别面积为lOOn?,汽化侧

的压强为0.2bar。装置内的加热系统使料液始终维持在泡点温度。料液侧的流淌

压降为0.5bar,膜的平均渗透速率为：

Q=O.O2AP0565(kg/m2-hr)

式中为料液侧进口压强(<6bar)与汽化侧压强之差。表观分别因子为：

P/Y

«=^=1000

式中凡,和凡是汽化侧的水和乙醇分压，瓶和乂是料液侧进口的水和乙醇摩尔分

率。假如要达到100kg/hr的高浓乙静产量，试求渗透膜料液侧的进口压强进口温

度和出口温度。(Exercise-5.17)

第六章传热设备模拟

学习目的：

驾驭各传热换热设备模块的用法，包括加热器、冷凝器、换热器。

内容：

课堂练习：建立以下系统的AspenPlus仿真模型

1、20℃、0.41MPa、4000kg/hr流量的软水在锅炉中加热成为0.39MPa的饱和水

蒸气进入生蒸汽总管。求所需的锅炉供热量。(Exercise-6.1)

2、1000kg/hr(0.4MPa)的饱和水蒸汽用蒸汽过热器加热到过热度100C(0.39

MPa),求过热蒸汽温度和所需供热量。(Exercise-6.2)

3、流量为1000kg/hr、压力为0.11MPa、含乙醇70%w、水30%w的饱和蒸汽在

蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽/液比(摩尔)二1/3。求冷凝器热负荷。

(Exercise-6.3)

4、流量为100kg/hr、压力为0.2MPa、温度为20℃的丙酮通过一电加热器。当加

热功率分别为2、5、10和20kW时，求出口物流的状态。(Exercise-6.4)

5、求压力为0.2MPa,含甲醇30%w、乙醇20%w、正丙醇20%w、水30%w的

混合物的泡点和露点。(Exercise-6.5)

6、用1200kg/hr饱和水蒸汽(0.3MPa)逆流力口热2000kg/hr甲醇Q0℃、0.3MPa)。离

开换热器的蒸汽冷凝水压力为0.28MPa、过冷度为换热器传热系数依据

相态选择，对数平均温差校正因子取常数0.95。求甲醇出口温度、相态、须

要的换热面积。换热系数指定值如下表所示，其中L表示Liquid,B表示Boling,

C表示Condensing,V表示V叩or。(Exercise-6.6)

热侧相态LLLCCCVVV

冷测LBVLBVLBV

U(W/m2)120020001002(X)()300015()10015()70

7、对课堂练习6选用下述换热器进行详细核算：外壳直径：325mm,公称面积:

10nr,管长：3m,管径：619x2mm,管数：76,排列方式：正三角，管程

数：2,壳程数：1,折流板间距：150mm,折流板缺口高度：79mm。(Exercise-6.7)

课后练习：建立以下流程系统的AspenPlus仿真模型(Exercise-6.8)

已知：

1、2()℃、().l()13MPa、2()()()kg/hr流量的软水用冷水泵(1)加压到0.41MPa后与

同样压力的循环冷凝水混合后进入锅炉(2),加热成为0.4MPa的饱和水蒸

气进入生蒸汽总管；

2、生蒸汽的10%被分流送到空气加热器(3)加热空气。冷空气参数为10'。、

O.llMPa、5000m7hro离开空气加热器的蒸汽冷凝水压力为0.38MPa、过冷度

为2C。换热器传热系数为SOW/mLK。

3、剩余生蒸汽的1()%被分流送到乙醇加热器(4)加热乙醇水溶液。冷乙醇水溶

液参数为2()℃、O.llMPa、乙醇含量70%W,流量l()00kg/hr。离开乙醇加热器

的蒸汽冷凝水压力为O.38MPa、过冷度为2℃。换热器传热系数为1250W/n/.K。

4、1000kg/hr生蒸汽被送到蒸汽过热器(5)加热到过热度100C(压力O.38MPa)。

5、空气加热器和乙醇加热器排出的冷凝水混合后用热水泵(6)加压到0.41Mpa

循环到锅炉供水系统。

求：

1、热空气的温度，空气加热器的传热面积和热负荷；

2、热乙醇的温度和蒸汽分率，乙醇加热器的传热面积和热负荷；

3、过热蒸汽的温度，蒸汽过热器的热负荷；

4、锅炉热负荷和富余蒸汽流量；

5、假如要求将乙醇刚好加热到泡点温度，则乙醇加热器的传热面积及加热蒸汽

流量应为多少？(Exercise-6.8b)

第七章塔设备模拟

学习目的：

驾驭各种以下塔设备的模拟方法：气液吸取塔、解吸塔、精饵塔、萃取塔。

内容：

课堂练习：建立以下系统的AspenPlus仿真模型

1、含乙苯30%w、苯乙烯70%w的混合物(F=1000kg/hr>P=0.12MPa>T=30℃)

用精储塔(塔压0.02MPa)分别，要求99.8%的乙苯从塔顶排出，99.9%的

苯乙烯从塔底排出，接受全凝器。求：Rmin,NTmin,R=1.5Rmin时的R、

NT和NF。(Exercise-7.1)

2、绘制课堂练习1的NT〜R关系图，依据该图选取合理的R值，求取相应的NT、

NF、冷凝滞和再沸器的温度和热负荷。(Exercise-7.2)

3、依据课堂练习2的结果，选取R=25、NT=61、NF=36用Distl进行核算。再

选取NF=20进行核算。(Exercise-7.3)

4、依据课堂练习2的结果，选取R=25、NT=6KNF=36用RadFrac进行核算。

再选取最佳进料板位置进行核算。(Exercise-7.4)

5、如将课堂练习1的塔压调到0.01MPa,全塔压降0.005MPa,试求满足分别

要求所需的回流比和微出物流量。(Excrcisc-7.5)

6、假如课堂练习5中的精馆段的墨弗里效率为0.45,提储段的黑弗里效率为

0.55,试求满足分别要求所需的塔板数和加料板位置。(Exercise-7.6)

7、在课堂练习6的基础上选定性质选项中的包括水力学参数，计算后查看垢果。

(Exercise-7.7)

8、在课堂练习6的基础上进行塔板设计和塔板核算，分别选用浮阀塔板和弹性

浮阀塔板计算后对比结果。(Exercise-7.8)

9、在课堂练习5的基础上进行填料设计和填料核算，分别选用MELLPAK和

RALU-PAK计算后对比结果。(Exercise-7.9)

10、摩尔组成为CO2(12%)、N2(23%)和Hz(65%)的混合气体(F=1000kg/hr、

P=2.9MPa、「=20。0用甲醇(F=60t/hr>P=2.9MPa、T=-40℃)吸取脱除CCh。

吸取塔有30块理论板，在2.8MPa下操作，每块塔板上的压降0.0015Pa。

求出塔气体中的COz浓度。(Exercise-7.10)

11、在课堂练习10的基础上求使出塔气体中为CO2浓度达到1.0%所需的吸

取剂(甲醇)用量。(Exercise-7.11)

12、在课堂练习II的基础上求使出塔气体中的CCh浓度达到1.0%所需的吸

取剂(甲醇)用量与理论板数的关系。(Exercise-7.12)

13、对课堂练习10所示的混合气体的吸附过程，选用10块理论板，求使出

塔气体中的CO2浓度达到1.0%所需的吸取剂(甲醇)用量以及接受典型塔板

和填料时的塔径。(Exercise-7.13)

14、将课堂练习13所得到的吸取富液减压到0.15MPa进行闪蒸，低压液体

再进入脱吸塔在0.12MPa下用氮气进行气提脱吸，要求出塔贫液中的CO2

浓度达到0.1%。求合理的理论板数、所需氮气流量、接受不同塔板和填料时

的脱吸塔尺寸、压降和负荷状况。(Exercise-7.14a-d)

15、用甲基异丁基甲酮(CH3coe4H9)从含丙酮45%w的水溶液中萃取回收

丙酮，处理量500kg/hro接受逆流连续萃取塔，在0.12MPa下操作。求萃

取塔理论板数和萃取剂用量对萃余相中丙酮浓度的影响。(Exercise-7.15)

课后练习：

1、依据以下条件设计一座分别甲醇、水、正丙醇混合物的连续操作常压精储塔。

生产实力：4000吨精甲醇/年；

原料组成：甲醇70%,水28.5%,丙醇1.5%；

产品组成：甲呼N99.9%；

废水组成：水＞99.5%；

进料温度：323.15K；

全塔压降：O.OllMPa；

全部塔板的Murphree效率Emv=0.35。

(注：组成均为质量百分率)

给出下列设计结果：(Exercise-7.16)

1、进料、塔顶产物、塔底产物、侧线出料流量；

2、全塔总塔板数N：

3、最佳加料板位置NF；

4、最佳侧线出料位置NP；

5、回流比R；

6、冷凝器和再沸器温度；

7、冷凝器和再沸器热负荷：

8、运用KochFkxitray#GlistchBallast塔板时的塔径和板间距。

(Exercise-7.16)

2、用甲醉在低温顺加压条件下吸取合成气里的二氧化碳。原料合成气的温度为

20℃,压力为2.9M为,流量为lOOOkmol/hr,摩尔组成为CO2:12%；Nz:23%；

H2:65%0吸取剂甲醉再生通过处理后循环运用。己知条件：

1）经吸取处理后的净化合成气中的CCh浓度降低至W.5%；

2）离开吸取塔的甲醇富液减压到0.15MPa,闪蒸释放出的CO2用作生产尿素

的原料，闪蒸后的液体送到解吸塔用3（TC的N2气提进行再生处理；

3）再生后的甲醇贫液中残余CCh限制为0.1%,加压到2.9MPa,冷却到-4（TC

下送入吸取塔作吸取剂。

给出下列设计结果：（Exercise-7.17）

1）构建合理的工艺流程；

2）确定吸取塔和解吸塔的理论塔板数；

3）确定进入吸取塔的吸取剂流量；

4）确定进入解吸塔的N2流量；

5）甲醇消耗量。

第八章反应器模拟

学习目的：

驾驭如下类型反应器的模拟方法：计量反应器、产率反应器、平衡反应器、

Gibbs反应器、全混流反应器、平推流反应器和间歇反应器。

内容：

课堂练习：建立以下系统的AspenPlus仿真模型

1、甲烷与水蒸汽在银催化剂下的转化反应为：

CH4+2H2O<^CO2+4H2

原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为1:4,流量为100kmol/hr。若反应在恒

压及等温条件下进行，系统总压为0.1013MPa,温度为750°C,当反应器出

口处CH4转化率为73%时,CO2和H2的产量是多少？反应热负荷是多少？（计

量反应器，Exercise-8.1）

2、反应和原料同课堂练习1,若反应在恒压及绝热条件下进行，系统总压为

0.1013MPa,反应器进口温度为950°C,当反应器出口处CH4转化率为73%

时，反应器出口温度是多少？（计量反应器，Exercise-8.2）

3、在课堂练习1中增加甲烷部分氧化反应如下式：

2CH4+3O202CO+4H.O

并在原料气中加入15kmol/hr的氧气。若上述两个反应中CIL转化率均

为43%时，产品物流中CO、H2OXO2和H2的流量各是多少？（Exercise-8.3a）

假如将反应设为串联进行，上述流量又各是多少？（Exercise-8.3b）以上两个反

应的反应热各是多少？

4、对课堂练习1中所示的反应，原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为1:4,流量为

100kmol/hro反应在恒压及等温条件下进行，系统总压为0.1013MPa,温度

为750℃,假如反应器出口物流中摩尔比率CH4:H2O:CO2:H?等于1:2:3:

4时，CCh和H2的产量是多少？须要移走的反应热负荷是多少？此结果是否

满足总质量平衡？是否满足元素平衡？（产率反应器，Exercise-8.4）

5、若在课堂练习3的原料气中加入25kmol/hr氮气，其余条件不变，计算结果

会发生什么变更？（产率反应器，Exercise-8.5）

6、以课堂练习4的结果为基础，在Ryied模块的产率设置项中将氮气设置为惰

性组份，重新计算，结果如何？（产率反应器，Exercise-8.6）

7、甲烷与水蒸汽在银催化剂下的转化反应为：

CH4+H2O^CO+3H2

CO+H2O<^CO2+H2

原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为1:4,流量为100kmol/hro若反应在

恒压及等温条件下进行，系统总压为().1013MPa,温度为75()°C,当反应器

出口处达到热力学平衡时,CO2和H2的产量是多少？反应热负荷是多少？(平

衡反应器，Exercise-8.7)

8、分析课堂练习6中反应温度在300〜1000℃范围变更时对反应器出口物流CH4

质量分率的影响。(平衡反应器，Exercise-8.8)

9、将课堂练习6中的反应温度设为1000℃,分别分析反应(1)和反应(2)的趋近

平衡温度在-200〜0C范围变更时对反应器出口物流CM质量分率和CO/CO2

摩尔比的影响。(平衡反应器，Exercise-8.9)

1()、对课堂练习6中所示的反应过程，原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔北为

1:4,流量为100kmol/hr。若反应在恒压及等温条件下进行，系统总压为0.1013

MPa,温度为750°C,当反应器出口处Gibbs刍由能最小而达到平衡时，CO:

和H2的产量是多少？反应热负荷是多少？与REquil的结果进行比较。(Gibbs

反应器，Exercise-8.10)

11、分析课堂练习10中反应温度在300〜1000℃范围变更时对反应器出口物

流CFU质量分率的影响。(Gibbs反应器，Exercise-8.11)

12、若在课堂练习9中的原料气中加入25kmol/hr的氮气，并考虑氮与氢结

合生成氨的副反应，求反应器出口物流中CH±和NH3的质量分率。假如将氮

设为惰性组份，结果有什么变更？(Gibbs反应器，Excrcise-8.12)

13、甲醛和氨依据以下化学反应生成乌洛托品：

4NH3+6HCHOt(CH2)6N4+6H2O

(A)(B)(C)(D)

反应速率方程式如下：

-rA=kCAC^kmol/加•s

式中：

2.57xlQ7

k-1420expm6/kniol2-s

RT

反应器容积为5m③，装填系数为0.6,输入氮气作为爱惜气体。为了保证

釜内的惰性环境，输入氮气量应当使出釜物料的气相分率保持在0.001左右。

加料氨水的浓度为4.1kmol/m3,流量为32.5m3/hr。加料甲醛水溶液的浓度为

6.3kmol/m3,流量为32.50?小「。求35°CF乌洛托品的产量和输入氮气流量,

并分析反应温度在20-60℃范围里对甲醛转化率的影响。(全混流反应器，

Exercise-8.13)

14、丁二烯和乙烯合成环己烯的化学反应方程式如下：

C4H6+C2H4^C6H10

(A)(B)(C)

反应速率方程式如下：

-rA=kCBkinol/•s

式中：

,八八QIQ八ri.i5xioviiYI3,,.

|_RIT7OO

反应器长5米、内径0.5米，压降可忽视。加料为丁二烯和乙烯的等摩

尔常压混合物，温度为440。。假如反应在绝热条件下进行，要求丁二烯的

转化率达到12%,试求：(平推流反应器，Exercise-8.14)

1).环己烯的产量。

2).作出温度和环己烯摩尔分率沿反应器长度的分布图。

3).分析反应器压力在0.1-1.0MPa范围内对环己烯产量的影响。

15、乙醇和乙酸合成乙酸乙酯的化学反应方程式如下：

CH3cH20H+CH.COOHfCH3coec2H5+H2O

(A)(B)(C)(D)

反应速率方程式如下：

(iA

1

-rA=kC^CB------CcCDkmolIni•s

l凡J

式中；

4=7.93x10-6m"knu)L$Kc=2.92

在间歇搅拌釜中等温反应，T=100℃,P=3bar,操作周期2.5hr。加料为

水溶液,T=4(rC,处理量lm3/hr,含乙醇10.2kmol/m\乙酸3.908kmol/nf。

求乙酸转化率为35%的反应时间，乙酸乙幅的产量，装填率=0.7时所需的反

应釜体积。(间歇釜反应器，Exercise-8.15)

16、假如课堂练习14中反应速率常数和平衡常数与温度的关系如下:

,(3.211X107>|

k=0.2479exp---------------nr"/kmol•s

IRT)

0.-i(1.39xl()5

/f,.=1.A011O9x1in09exp------------

cVRT

考虑到釜液升/降温的影响，操作周期延长到3hr,并按以下升/降温程序

操作：t=0,T=40℃;t=15min,T=80℃;t=30min,T=100℃;t=110min,T=100℃;

t=140min,T=40℃o

求：乙酸转化率为35%的反应时间，乙酸乙酯的产量，装填率=0.7时所需的

反应釜体积。(间歇釜反应器，Exercise-8.16)

17、假如将课堂练习15的操作时间设置改为间歇加料时间2hr,停止时间

Ihr,求乙酸转化率为35%的反应时间，乙酸乙酯的产量，装填率=0.7时所需

的反应釜体积。(间歇釜反应器，Exercise-8.17)

18、假如将课堂练习17的反应釜用1()()℃的饱和蒸汽加热，反应釜传热面积

6m2,传热系数500W/m2/K,求乙酸转化率为35%的反应时间，釜液温度随

时间变更的曲线。(间歇釜反应器，Exercise-8.18)

课后练习：

1、乙苯脱氢生产苯乙烯的反应方程式为：

C6H5-C2H5<-^C6H5-CH=CH+H2

(A)(B)(C)

反应速率方程为

kmolikgs

反应于T=898K下在列管式反应器中等温等压进行。列管反应器由260根内径

50mm的圆管构成，管内填充的催化剂积累密度为700kg/m)管内的流淌模式可

视为平推流，流体流经反应器的压降为0.02MPa。

在反应条件下的反应速率常数k=1.68xlO10kmol/kg/s,平衡常数

Kp=3.727xl04Pao进料流量为128.5kmol/hr,压力P=0.14MP,其中乙苯浓度为

0.05(摩尔分率)，其余为水蒸汽。

求：乙苯的最终转化率为60%时所需的反应管长度。(Exercise-8.19)

2、现有一生产实力为1000吨/日氨的四段冷激式氨合成塔(如下图所示)，各催化

剂床层的进口温度和进