化工设计计算题总结..doc

1.某厂用空气氧化邻二甲苯(106生产苯酐(148。原料流量为205kg/h邻二甲苯,4500m3/h空气。从反应的计量关系可知,生成1mol的苯酐需反应掉1mol的邻二甲苯。经检验得到的反应器出口气体组

成如下:

试计算:(1邻二甲苯的转化率、苯酐收率和反应选择性。

(2苯酐的年产量(按330天/年计。

解:因为其中含有大量N2,且N2为惰性组分(不参加反应,所以,选择N2作为物料衡算的联系物。

进入反应器的空气中含有N2:

(4500/22.4×0.79=158.7kmol/h

设反应器出口气体的总流量为xkmol/h,则有:

0.78x=158.7x=203.5kmol/h

因此,反应器出口气体含有邻二甲苯:

203.5×0.03%=0.061kmol/h=0.061×106=6.47kg/h

反应器出口气体含有苯酐:

203.5×0.65%=1.323kmol/h

所以,邻二甲苯转化率X=(205-6.47/205=96.8%

苯酐收率Y=1.323/(205/106=68.6%

反应选择性S=Y/X=0.686/0.968=0.71=71%

苯酐的年产量=1.323×24×330×148

=1.550×106kg/h

=1550t/a

2.一种废酸,组成为23%(质量分数的HNO3、57%H2SO4和20%H2O。加入93%的浓硫酸及90%的浓硝酸,要求混合成27%HNO3、60%H2SO4的混合酸。计算所需废酸及加入浓酸的数量。

解:设所需废酸量为xkg

浓硫酸量为ykg

浓硝酸量为zkg

第一步:画出物料流程简图。

第二步:选择基准。

可选择废酸或浓酸的质量为基准,也可以用混合酸的质量为基准。本例选择混合酸为基准,总量为100kg。

第三步:列物料衡算式。

总物料:x+y+z=100(1

H2SO4:57%x+93%y=100×0.6=60(2

HNO3:23%x+90%z=100×0.27=27(3

解由式(1、(2和(3联立的方程组得:

x=41.8kg废酸

y=39kg浓硫酸

z=19.2kg浓硝酸

第四步:核算——水平衡

加入水量:41.8×20%+39×7%+19.2×10%=13kg

混合酸含水量:100×13%=13kg

两者相等,故计算正确。

3.乙烯氧化制环氧乙烷的反应器中进行下列反应:

主反应:C2H4(g+1/2O2(gC2H4O(g

副反应:C2H4(g+3O2(gCO2(g+2H2O(g

反应温度基本上维持在250℃,该温度下主、副反应的反应热分别为:

主反应:-△H5230=105395kJ/kmol乙烯

副反应:-△H5230=1321726kJ/kmol乙烯

乙烯单程转化率为32%,反应选择性为69%,反应器出口混合气体温度为210℃,流量为45000m3/h(STP。其组成如下:

组分C2H4N2O2

合计

%(mol3.582.014.5100

热损失按反应放出热量的5%考虑。求热载体移出的热量。

解:查得有关气体的比热容如下:

假设热力学途径如下:

则:210℃下反应器入口混合气体的比热容Cp:

Cp=0.035×64.43+0.82×30.04+0.145×31.38=31.44kJ/(kmol·K

250℃下反应器入口混合气体的比热容Cp:

Cp=0.035×66.94+0.82×30.17+0.145×31.67=31.67kJ/(kmol·K

所以,反应器入口混合气体在210~250℃的平均比热容Cp平:

Cp平=(31.44+31.67/2=31.56kJ/(kmol·K

△H1=(45000/22.4×31.56×(250-210=2.536×106kJ/h

△H2=(45000/22.4×0.035×0.32×0.69×(-105395

+(45000/22.4×0.035×0.32×(1-0.69×(-1321726=-1.086×107kJ/h△H=△H1+△H2=2.536×106-1.086×107kJ/h=-8.324×106kJ/h

根据∑Q=∑H得:

△H=Q1+Q2

热量损失按5%考虑,则Q2=0.05△H=0.05×(-8.324×106=-4.162×105kJ/h

那么,由热载体移出的热量Q1:

Q1=△H-Q2=-8.324×106-(-4.162×105=-7.908×106kJ/h

4.有一连续蒸馏塔,分离苯和甲苯混合物为两个纯组分。该混合物中含苯50%。每小时处理混合物1000kmo1,塔顶苯的物质的量流率为450kmol/h塔底甲苯的物质的量流率为475kmol/h,操作