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20000kg／h，求馏出液和釜残液的流量和组成。

F,

F,xF

D,xD

W,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

7600

38

97.43

41.96

7372.6

85.60

94.52

87.52

227.8

2.0

2.92

2.35

甲苯

12400

62

134.8

58.04

1240.2

14.40

13.48

12.48

11159.4

98.0

121.3

97.65

合计

20000

100

232.2

100

8612.8

100

108

100

11387.2

100

124.2

100

习题2采用蒸发方法将浓度为10%NaOH（质量浓度）及10%NaCl的水溶液进行浓缩。蒸发时只有部分水分汽化成为水蒸气而逸出，部分NaCl结晶成晶粒而留在母液中。操作停止后，分析母液的成分为：50%NaOH，2%NaCl及48%H2O。若每批处理1000kg原料液，试求每批操作中：1）获得的母液量，2）蒸发出的水分量，3）结晶出的NaCl量。

蒸发

蒸发器

原料液F1=1000kg

10%NaOH

10%NaCl

80%H2O

母液,F4kg

50%NaOH

2%NaCl

48%H2O

水蒸气，F2kg

NaCl晶体,F3kg

蒸发器

原料液F1=1000kg

10%NaOH

10%NaCl

80%H2O

母液,F4kg

50%NaOH

2%NaCl

48%H2O

解：所选择的基准为：每批处理量，1000kg原料液

总物料衡算

F1=F2+F3+F4

组分物料衡算

NaOH平衡1000×0.1=0.5F4

NaCl平衡1000×0.1=0.02F4+F3

H2O平衡1000（1-0.1-0.1）=F2+0.48F4

解得：F2=704kg，F3=96kg，F4=200kg

习题3丙烷充分燃烧时要使空气过量25％，燃烧反应方程式为：

试计算得到100摩尔燃烧产物（又称烟道气）需要加入的空气的摩尔量。

解：以1mol入口丙烷为计算基准

根据反应方程式，1mol丙烷需要5mol的氧气与之反应，因氧气过量25%，故需要加入的空气量为

其中

烟道气中各组分的量：

0mol23.51mol

因此，以1mol入口丙烷为基准的物料衡算结果如下

入口

出口

1

0

6.25

1.25

23.51

23.51

0

3

0

4

合计

30.78

合计

31.76

从计算结果可以看出，当空气加入量为29.76mol时，可产生烟道气31.76mol，所以，每产生100mol烟道气需加入的空气量为

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CO

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

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=2202.4mol

N2