化工计算课后习题课件

11、在某次试验中需要气体压力为2106dyn/cm2,试求此压力相当于多少:(1)Pa;(2)kgf/cm2;(3)lbf/m2;(4)MN/m2。解：11、在某次试验中需要气体压力为2106dyn/cm2,1化工计算课后习题课件212、1000kg水以50mh的流速流动，试求其动能。用下列各单位表示:(1)J;(2)HPS;(3)W S;(4)latm;(5)ftlbf;(6)erg。解：12、1000kg水以50mh的流速流动，试求其动能。3化工计算课后习题课件4以表面张力为0.005lbf/ft，换算成：dyn/cm、kgf/cm、N/m。解：以表面张力为0.005lbf/ft，换算成：dyn/c515500kcal热能，热效率为75，在10分钟内传给物体，求传热速率。用下列单位表示：（1）kcal/S;(2)kW;(3)erg/S;(4)kgfm/S;(5)Btu/S;(6)lbfft/S.解：15500kcal热能，热效率为75，在10分钟内传给物6化工计算课后习题课件71620蔗糖溶液，20C粘度为1.967cp，换算成:(1)kg/mh（2）kgfS/m2;(3)NS/m2;(4)mPaS;(5)lb/ftS;(6)lbfS/ft2。（1cp=0.01p)解：1620蔗糖溶液，20C粘度为1.967cp，换算成:8化工计算课后习题课件9第二章第二章 习题习题21 汞20C的导热系数为6.8kcal/mh C。换算成SI单位、CGS单位及FPS单位。解：第二章习题21汞20C的导热系数为6.8kcal/1022 由手册查得下列液体在68F时导热系数为：醋酸0.099Btu fthF;煤油；0.086 Btu fthF。换算成（1）液体温度用C表示；（2）导热系数用CGS及SI单位表示。解：（）22由手册查得下列液体在68F时导热系数为：醋酸0.011（）醋酸（）醋酸（）醋酸12煤油煤油煤油133由一温度已知值，计算下列所有温度值由一温度已知值，计算下列所有温度值KCFR（）398（）40（）77（）500解：由TF1.8TC+32，TTC+273.15，TRTF+459.67等式求之，结果见下表：3由一温度已知值，计算下列所有温度值KCFR（14KCFR（）398124.85256.73716.4（）133.1540-40419.67（）298.152577536.67（）277.784.6340.33500KCFR（）398124.85256.73716.415丁烯（气体）于F时之热容为0.366BtulbF。换算成kcal/kgC及kJ/kgK。解：丁烯（气体）于F时之热容为0.366Btul162-5铜的热容为式中温度单位为摄氏温度。试求：（1）将上式换算成Cp用Btu/lbmolR表示，式中温度用兰金温度表示；（2）将60C时铜之热容单位用Btu/lbmolR表示。解：（1）2-5铜的热容为式中温度单位为摄氏温度。试求：（1）将上式换17（2）60C或（2）60C或1826、一反应器的水银压力表读数为26.5英吋汞真空度，当时气压表读数为763mmHg，求容器内绝对压力为多少？用lbfin2、lbf/ft2、巴、mmHg、英吋汞柱及毫米汞柱表示。解：26、一反应器的水银压力表读数为26.5英吋汞真空度，当19化工计算课后习题课件202730（w%）的H2SO4在15.6C的比重为1.22，试求此硫酸溶液的浓度。以下列单位表示：（1）mol/m3;(2)g/l;(3)lbmol/ft3;(4)kgH2SO4/kgH2O;(5)molH2SO4/mol溶液。解：取100kg硫酸溶液为计算基准2730（w%）的H2SO4在15.6C的比重为1.221化工计算课后习题课件2228 ZnBr2的水溶液，其密度在20C和80C时分别为2.002g/ml和1.924g/ml，其组成为20C时100ml溶液中含130g ZnBr2。用下列方法表示其组成：（1）质量百分数；（2）摩尔百分数；（3）kg(溶质)/kg(溶剂);（4）摩尔(溶质)/kg(溶剂);（5）克溶质/100ml溶剂（80C）;（6）摩尔溶质升溶液（20C）。解：取100ml溶液为计算基准28ZnBr2的水溶液，其密度在20C和80C时分别23化工计算课后习题课件2429.一种三组分的液体混合物，其中含A10kg，B为25（w）以及每1摩尔B含1.5摩尔C，A、B、C三组分的分子量分别为56、58、72，比重分别为0.58、0.60、0.67。计算：（1）混合物的摩尔百分数及体积百分数|（2）混合物的平均分子量。解：（1）A、B、C的分子量分别为56、58、72，由B的质量百分数求出A、C的质量百分含量。29.一种三组分的液体混合物，其中含A10kg，B为2525由 求 之 wi%vi%xi%A28.4530.6232.04B2526.0127.18C46.5543.3740.78总计100.00100.00100.00结果列于下表：由求之26或210.一气体混合物组成如下：组分H2OCOH2CO2CH4N2vi6.85.69.211.225.441.8若以上组成用干基表示，应为多少？或210.一气体混合物组成如下：组分H2OCOH2CO2C27解：取100kmol气体为计算基准，则干基量及组成如下表：组分kmolYiCO5.66.01H29.29.87CO211.212.02CH425.427.25N241.844.65总计93.2100.00解：取100kmol气体为计算基准，则干基量及组成如下表：组28第四章第四章 习题习题例题 乙烷与氧气混合得到含80乙烷和20氧的混合物，然后再在200的空气过量分数下燃烧，结果有80的乙烷变为CO2，10变为CO，10未燃烧，计算废气组成（以湿基表示）。第四章习题例题乙烷与氧气混合得到含80乙烷和20氧29解：据题意，送入的氧应为C2H6完全燃烧所需氧量的3倍，画出过程示意图取80kmol进料乙烷为计算基准过程中发生的化学反应为：燃烧系统燃烧系统nC2H6=80kmolnO2=20kmoln空气空气,O2,N2废气废气nnCO2nCOnH2OnC2H6nO2nN2解：据题意，送入的氧应为C2H6完全燃烧所需氧量的3倍，画出30C2H6的理论需氧量nt=803.5=280kmol实际用氧量3280840kmol应由空气供入的氧量84020820kmol由空气带入的氮量82079213085kmolC2H6的理论需氧量nt=803.5=280kmol31l废气中CO2的量nCO2=800.82=128kmoll废气中CO的量nCO=800.12=16kmoll废气中H2O的量nH2O=800.93=216kmoll废气中C2H6的量nC2H6=800.1=8kmoll废气中N2的量nN2=3085kmoll废气中O2的量nO2=840800.83.5l800.12.5=596kmol废气n=nCO2+nCO+nH2O+nC2H6+nO2+nN2=128+16+216+8+596+3085=4049kmol衡算式：输入的反应掉的+生成的输出的废气中CO2的量nCO2=800.82=128kmol32由上数据求湿基废气组成lCO23.16，CO0.40，H2O5.33，lO214.72，N276.19，C2H60.20。分析：（1）由于输出方的组分摩尔分数均未知，使用组分摩尔数作为未知变量计算要比使用组分摩尔分数更为简便。（2）反应物中C2H6是限制反应物，故进入的氧应该是C2H6完全燃烧所需理论氧量的3倍。由上数据求湿基废气组成CO23.16，CO0.40，33（3）在产物中有O2和C2H6(未转化的)存在，这是空气过量分数过大的结果例410（P8788）思考题：为什么选取1kmol对硝基氯苯作基准？例411（P88）思考题：为什么选取一定量的原料气作计算基准？（3）在产物中有O2和C2H6(未转化的)存在，这是空气过量34例题：三氯苯可作干洗剂，由苯氯化制取，由于连串反应会同时生成各种取代物：C6H6Cl2 C6H5Cl+HCl （a）C6H5ClCl2 C6H4Cl2+HCl （b）C6H4Cl2Cl2 C6H3Cl3+HCl （c）C6H3Cl3Cl2 C6H2Cl4+HCl （d）进料氯气与苯的摩尔比为3.6：1，反应后的Cl2和HCl呈气相逸出，得到液相组成为C6H61，C6H5Cl 7，C6H4Cl212，C6H4Cl375，C6H2Cl45,苯的投料量为1000mol/h。求液相产物与气相产物的排出量，mol/h。例题：三氯苯可作干洗剂，由苯氯化制取，由于连串反应会同时生成35解：过程示意图及物流标注如图系统有C、H、Cl三个元素，可列三个元素衡算式氯化反应器氯化反应器nC6H6=1000mol/hnCl2=3600mol/h气相气相nnCl2,nHCl,液相液相n1xC6H6=0.01xC6H5Cl=0.07xC6H4Cl2=0.12xC6H3Cl3=0.75xC6H2Cl4=0.05解：过程示意图及物流标注如图系统有C、H、Cl三个元素，可列36lC衡算6nC6H6=n1(6x1，C6H6+6x1，C6H5Cl+6x1，C6H4Cl2+6x1，C6H3Cl3+6x1，C6H2Cl4)所以n1=nC6H6=1000mol/hH衡算6nC6H6=nHCl+n1(6x1，C6H6+5x1，C6H5Cl+4x1，C6H4Cl2+3x1，C6H3Cl3+2x1，C6H2Cl4)6000=nHCl+3240所以nHCl=2760mol/hC衡算6nC6H6=n1(6x1，C6H6+6x37lCl衡算2nCl2=nHCl+2nCl2+n1(x1，C6H5Cl+2x1，C6H4Cl2+3x1C6H3Cl3+4x1，C6H2Cl4)7200=2760+2nCl2+10002.76所以nCl2=3600-1380-1380=840mol/hCl衡算2nCl2=nHCl+2nCl2+n138补充例题：进行某种燃料完全燃烧实验以确定适宜的空气过量百分数和生成的烟道气体积。燃料分析含C 88%，H 12%（质量百分数），由于缺少流量测量装置，只知烟道气分析结果为：CO2 12%；O23.6%；N283%（干基体积百分数）。解：1、分析题意并画出过程示意图燃烧过程燃烧过程原料原料G水汽水汽Wkmol空气空气Akmol干干烟道烟道气气F补充例题：进行某种燃料完全燃烧实验以确定适宜的空气39(2)实验结果为完全燃烧，故烟道气中必含水蒸实验结果为完全燃烧，故烟道气中必含水蒸汽，其完全由燃料转化而来；已知烟道气干基组成，汽，其完全由燃料转化而来；已知烟道气干基组成，将水蒸气和烟道气分成两股物流计算将水蒸气和烟道气分成两股物流计算更方便。更方便。(3)N2是由空气带入的不变组分，可作为联系组分。是由空气带入的不变组分，可作为联系组分。(4)原原料料结结构构不不明明，应应使使用用元元素素衡衡算算，因因C和和H元元素素各各自自完完整整地地转转移移到到烟烟道道气气和和水水蒸蒸气气中中，它它们们也可作为联系组分也可作为联系组分（5）元素衡算可用质量单位，但本例物流多为气相，）元素衡算可用质量单位，但本例物流多为气相，给出的是摩尔组成，故采用摩尔计算略为简便。给出的是摩尔组成，故采用摩尔计算略为简便。（1）各物）各物流量均未知流量均未知，但组成分析已知。，但组成分析已知。(2)实验结果为完全燃烧，故烟道气中必含水蒸402、计算 基准F=100kmol干烟道气为基准。（可否取可取100kg燃料或100kmol 空气为基准）查得C和H千摩尔质量分别为12.01kg/kmol和.008kg/kmol。由联系物N2求空气量A 由联系物C衡算求燃料量G G=182.9kg 由氧衡算求水量W 反应：C+O2 CO2；2H+O2 H2O 2、计算基准F=100kmol干烟道气为基准。（可否取可41空气中氧的量=干烟道气中的氧的量+CO中氧量 +水汽中氧的量 利用联系物H衡算水汽量更简便 两W间误差达7%，显然非舍入误差。计算空气过量百分数 先计算理论空气量At 空气中氧的量=干烟道气中的氧的量+CO中氧量利用联系物H衡算42 本例中空气过量百分数也可由干基烟道气实测O2%计算 本例中空气过量百分数也可由干基烟道气实测O2%计算433、计算结果分析 （1）利用联系物常可立即求得某些物流量或组成，从而简化计算。（2）校核结果有较大误差，主要是物料组成的分析误差所致。因此，利用联系组分衡算，从组成求物流量时，组成分析数据必须力求准确。（3）通常因元素分析结果要比目前工业烟道气组成分析（使用奥氏气体分析仪）准确。因此，采用H衡算得水汽量要比由O2衡算的结果更可靠（O2衡算时还涉及两个大数相减，会进一步增加误差）。所以，空气过量百分数由计算At得出的数值更可靠。3、计算结果分析（1）利用联系物常可立即求得某些物流44例420 乙烯环氧化制环氧乙烷，其生产流程如下：反 应 器吸收塔FMFRPSWRPAB水C2H4空气环氧乙烷水溶液已知新鲜原料中乙烯：空气=1：10，乙烯单程转化率为55%，吸收塔出口气体总量的65%循环返回反应器。计算：（1）总转化率、各股物流量及排放物料W的组成。（2）如W的分析数据为：N2 81.5%，O2 16.5%，C2H4 2.0%，循环比（R/W）为3.0，计算新鲜原料中乙烯与空气的比例和单程转化率。例420乙烯环氧化制环氧乙烷，其生产流程如下：反应45注意：1、不同情况下，计算基准选取不同,计算（1）中选F中乙烯为计算基准（乙烯与空气比 值已知，组成也知道；计算（2）中选排放物料W为计算基准（W组成已知，未知数少）。2、利用结点A衡算 3、W量及组成的计算 注意：1、不同情况下，计算基准选取不同,计算（1）中选F中46例题 苯直接加氢转化为环己烷，如下图，输入过程的苯转化率为95，进入反应器的物流的组成为80H2和20的苯（mol%)。产物中环己烷为100kmol/h，产物中含3的氢。试计算（1）产物物流的组成；（2）苯和氢的进料速率；（3）氢的循环速率。反应器反应器冷凝器冷凝器纯纯苯苯ABF4环己烷环己烷100kmol/hH23%F3H280，苯，苯20F1F2R循环循环H2新鲜新鲜H2例题苯直接加氢转化为环己烷，如下图，输入过程的苯转化率为947解：取产物物流中环己烷为100kmolh作计算基准取整个过程为衡算体系，对苯列衡算式F195F1F4x4,苯因过程中无副反应，反应的苯与生成的环己烷摩尔数相等F4中苯105.26（1-95）5.26kmol/hX4环己烷（100105.26）9792.15解：取产物物流中环己烷为100kmolh作计算基准取整个过48X4，苯（5.26105.26）974.85X4，H23（2）苯和氢的进料速率苯进料速率 F1F195+F44.85105.26kmol/h氢进料速率 F23F195+F43303.26kmol/hF410092.15108.52kmol/hX4，苯（5.26105.26）974.85X449（3）H2的循环速率R以节点B作为衡算对象F2+R=F380（3）H2的循环速率R以节点B作为衡算对象F2+R=F3850假定原料气的组成（mol%)为：N2,24.75%;H2,74.25%；惰气1.00。循环物流中惰气为12.5，NH3为3.75。计算（1）N2的总转化率；（2）放空气与原料气的摩尔比；（3）循环物流与原料气的摩尔比。习题 由N2和H2 合成氨时，原料气中总有一定量惰性气体如氩和甲烷等，为防止惰气积累，需设置放空装置。流程示意图如下：反 应 器氨冷凝器F1原料气F2F4循环RF3液氨A假定原料气的组成（mol%)为：N2,24.75%;H2,习51解：取100kmolh原料气（F1）作计算基准取整个过程为衡算体系，F4与R组成相同，以惰气为联系物F1y1,惰F4y4,惰（1）N2的总转化率解：取100kmolh原料气（F1）作计算基准取整个过程为52因F1中yH2：yN23：1，等于化学计量比，且过程中无副反应，所以F2、R及F4中yH2：yN23：1.F4及R组成y惰12.5，yNH33.75，所以因F1中yH2：yN23：1，等于化学计量比，且过程中无副53对N2列衡算式 F1y1,N2F1y1,N2x总F4y4,N2对N2列衡算式F1y1,N2F1y1,N2x总F4y454（2）放空气与原料气的摩尔比F4F181000.08（3）循环物流量与原料气的摩尔比无论取反应器还是取整个系统为衡算体系，反应的N2量相同，则有：F2中N2量F2y2,N2（2）放空气与原料气的摩尔比F4F181000.0855以节点A作衡算体系，对N2列衡算式F2中N2RyR,N2+F1y1,N2R/F1=322.6/100=3.226以节点A作衡算体系，对N2列衡算式F2中N2RyR,N2+56例题 由CO和H2合成甲醇的反应式已知为若原料气中含有少量杂质CH4，其组成（mol%)为：H267.3%,CO32.5%,CH40.2。已知反应器中CO的单程转化率xCO18，反应器出口物料在分离器中冷凝出全部甲醇，未反应的原料气循环使用，为维持循环气中CH4含量不大于3，在分离器后要排放一部分气体。试计算对100kmol 原料气的甲醇产量、排放气量和循环气量。若要求循环气中CH4含量不大于1，则这些值将如何变化？例题由CO和H2合成甲醇的反应式已知为若原料气中含有少量杂57解：根据题意进行分析并画出流程示意图（1）本过程属于带循环和排放过程的反应系统；（2）为简化计算，忽略生成甲烷反应，将甲烷看为惰性气体；（3）分离器分出全部甲醇，故出口气不含甲醇；（4）分离器出口气体分为排放气和循环气两股，相当于一个分割单元，气体组成应相同；（5）循环气与原料气混合处相当于混合单元；（6）本例可用组分衡算或元素衡算求解，由于已知CO转化率，按组分衡算较为方便；解：根据题意进行分析并画出流程示意图（1）本过程属于带循环和58（7）全过程有4个单元、7股物流、4个组分如流程示意图,下标1、2、3和4分别为氢、CO、CH4和甲醇。混合混合单元单元反反应器应器分离器分离器分割分割单元单元新鲜原新鲜原料气料气n1=100kmoly1,1=67.3%y1,2=32.5%y1,3=0.2%n2y2,1y2,2y2,3n3y3,1y3,2y3,3y3,4循环气循环气n5y5,1y5,2y5,3y4,1y4,2y4,3n4甲醇甲醇np排放气排放气n6y6,1y6,2y6,3（7）全过程有4个单元、7股物流、4个组分如流程示意图,下标592、计算、计算先以整个先以整个系统系统作为衡算体系作为衡算体系CH4衡算：CH4是惰性组分，可作为联系物直接计算n6kmol,H2衡算：2、计算先以整个系统作为衡算体系CH4衡算：CH4是惰性60CO衡算联立（1）、（2）、（3）求解得：CO衡算联立（1）、（2）、（3）求解得：61对混合单元作衡算因为CO的单程转化率为18，则有：对CO列衡算式 n1y1,2+n5y5,2=n2y2,2由分割单元知：y4,1y5,1=y6,176.17y4,2y5,2=y6,220.83，y4,3y5,3=y6,33。对混合单元作衡算因为CO的单程转化率为18，则有：对CO列62n2=n1+n5=100+674.542=774.542kmol解得：y2,2=22.34%,y2,1=75.02%,y2,3=2.64%,n4=n5+n6=674.542+6.667=681.209kmol当循环气中CH4含量降为1，计算得：np=26.67kmol,n6=20kmol,n5=396.5kmol.n2=n1+n5=100+674.542=774.542km63习题一 原料A与B进行下列反应 2A+5B 3C+6D若新鲜原料中A过剩20，B的单程转化率为60，总转化率为90，。反应器出来的产物混合物进分离器分离出产物C与D，剩下的未反应的A与B，一部分排放，其余循环返回反应器，流程如下：反应器反应器分离器分离器W，A、B产品：产品：C、DR原原料料FA、BMF习题一原料A与B进行下列反应若新鲜原料中A过剩20，64求（1）循环气R的摩尔组成；（2）排放气W与循环气R的摩尔比；（3）循环气R与进反应器原料MF的摩尔比。求解过程求解过程求（1）循环气R的摩尔组成；求解过程65习题 下图为NaCO3生产工艺简图，反应式为 Na2SCaCo3 Na2CO3+CaS反应器反应器分离分离结晶结晶蒸发蒸发F1000kg/hNa2S45%H2O55%N1960kg/hCaCO330%H2O70%HCaCO330%H2O70%MCaCO36kghR纯纯Na2SCaCO3溶液溶液SCaS20H2O80WH2OPNa2CO380H2O20%习题下图为NaCO3生产工艺简图，反应式为反应器分离结晶蒸66NaS通过反应器的转化率为90，进入反应器的CaCO3较理论需要量过量50，计算：（1）纯Na2S循环量（kg/h);（2）生成Na2CO3溶液量（kg/h）。求解求解过程过程NaS通过反应器的转化率为90，进入反应器的CaCO3较理67习题二 乙烯与空气氧化生产环氧乙烷，离开反应器的气体组成如下（干基mol%）：C2H4 3.2；N2 78.2；O2 12.2；C2H4O 0.824；CO2 5.5。求选择性、循环气对废气（RW）的摩尔比以及新鲜原料（FF）中乙烯对空气的摩尔比。反应式为：C2H4+0.5O2 C2H4O C2H4+3O2 CO2+H2O求解过程求解过程习题二乙烯与空气氧化生产环氧乙烷，离开反应器的气体组成如下68解：（1）取整个过程作为衡算体系，设B的加入 量为100mol。则A的加入量为 1005212048mol由x总90知，系统内反应的B量为：1009090mol系统内反应的A量为：902536mol对于B 输入的B反应的B输出的BW中B的量1009010mol解：（1）取整个过程作为衡算体系，设B的加入则A的加入量为69对于A 输入的A反应的A输出的AW中A的量483612molR组成（与W同）：对于A输入的A反应的A输出的AW中A的量4870(2)以节点作为衡算对象对B衡算 nF,B+nR,B=nMF,BnMF,B=90/60%=150molnR,B=nMF,B nF,B15010050mol同理nR,A=60mol(2)以节点作为衡算对象对B衡算nF,B+nR,B=nM71循环气量R5045，5110mol循环气量R5045，5110mol72解：以整个系统为衡算对象，取进系统Na2S水溶液量1000kg/h为基准。对Na元素作衡算：F中Na量P中Na量解：以整个系统为衡算对象，取进系统Na2S水溶液量1000k73由题意知，新鲜原料中加入的Na2S全部反应，由Na2S单程转化率为90得100045（10045+R）90由题意知，新鲜原料中加入的Na2S全部反应，由Na2S单程转74习题习题41天然气与空气混合，混合气含8CH4（体积）天然气组成为85（质量）CH4和15C2H6，计算天然气与空气比率。解：取100kg天然气为计算基准，则：习题41天然气与空气混合，混合气含8CH4（体积）天然7543现有100kg混合酸，组成26HNO3，56H2SO4及18H2O。今需调整至：30HNO3，58H2SO4及12H2O，试计算需加入一以下两种酸各多少kg。（1）87HNO3，8H2SO4及5H2O；（2）98H2SO4及2H2O。解：取100kg 原混酸为计算基准，设需加入（1）酸xkg（2）酸ykg。画出简图混 合 器100kg HNO3，26H2SO4，56H2O，18HNO3，30H2SO4，58H2O，12HNO3，87H2SO4，8H2O，52H2SO4 98，H2O 2xy43现有100kg混合酸，组成26HNO3，56H2S76总物料 1000+x+yG对HNO3:100026+87x=30%G对H2SO4:100056+8x+98%y=58%G联立上三式求解得答：需（1）酸282.1kg，（2）酸402.6kg，得指定 混酸1684.7kg。总物料1000+x+yG对HNO3:1000267744.一蒸发器连续操作，处理量为25吨时溶液，原液含10NaCl，10NaOH及80（w%)H2O。经蒸发后，溶液中水分蒸出，并有NaCl结晶析出，离开蒸发器的溶液浓度为：2NaCl，50NaOH及48（w%)H2O。计算：（1）每小时蒸出的水量；（2）每小时析出的NaCl量；（3）每小时离开蒸发器的浓溶液的量。解：画出流程简图。蒸发结晶过程F2510NaCl，10NaOH 80H2OW kgH2OG kgNaClP kg 2NaCl，50NaOH 48H2O44.一蒸发器连续操作，处理量为25吨时溶液，原液含1078取25T/h原溶液为计算基准总物料 25G+W+P对H2O:2580=48%P+W对NaOH:2510=50%P联立上三式求解得答：每小时蒸出水17.6吨，析出氯化钠2.4吨，得到浓溶液5吨。取25T/h原溶液为计算基准总物料25G+W+P对H7945.一蒸馏塔分离戊烷（C5H12）和己烷（C6H14)的混合物，进料组成两组分均为50（w%)。顶部馏出液含C5H1295，塔底釜液含C6H1496，塔顶蒸汽经冷凝后，部分冷凝液回流，其余作为产物，回流比为0.6。计算：（1）每kg进料馏出产物的量和塔底产物的量；（2）进冷凝器物料量与原料量之比；（3）若进料为100kmolh，计算馏出产物、塔底产物的质量流率。解：画出流程简图解：画出流程简图蒸馏塔蒸馏塔冷凝器冷凝器DkgC5H1295C6H145WkgC5H124C6H1496FkgDC5H1250C6H145045.一蒸馏塔分离戊烷（C5H12）和己烷（C6H14)的80(1)取1kg进料为计算基准总物料 FD+W对C5H12:150=95%D+5W联立求解得（2）（3）取进料100kmolh为计算基准(1)取1kg进料为计算基准总物料FD+W对C5H1281答：（1）每kg进料馏出产物的量0.505kg,塔底产物的量0.495kg；（2）进冷凝器物料量与原料量之比0.808；（3）若进料为100kmolh，馏出产物3958kg/h,塔底产物3880kg/h。答：（1）每kg进料馏出产物的量0.505kg,塔底产物的824-6.含轻烃较高的汽油,须经精馏塔将大部分丙烷、丁烷、戊烷除去，以提高汽油的稳定性，现需处理的不稳定汽油组成如下：组分C03C04C05C06C07C08总计x%4710182833100计算：（1）若全部C03、C04在流出液中，C06、C07、C08在残液中，C05的一半在D中，量一半在W中，求D、W的组成及每100kmol原料能得到的D和W的量。（2）若要求得到稳定汽油（残液）含9（mol）C05，则100kg原料液能得到稳定汽油多少kg。4-6.含轻烃较高的汽油,须经精馏塔将大部分丙烷、丁烷、戊烷83解：画出物料流程简图 精 馏 塔FDW（1）取100mol原料液为计算基准D=4+7+100.516molW=100.5+18+28+3384mol馏出液组成如下表组分C03C04C05mol475x%2543.7531.25解：画出物料流程简图精馏塔FDW（1）取184残液组成如下表：组成C05C06C07C08总计mol518283384x%5.9521.4333.3339.29100.00（2）当稳定汽油中）当稳定汽油中C05含量为9%(mol时)，取100kg原料液为计算基准。残液组成如下表：组成C05C06C07C08总计mol51885进料摩尔数10094.121.0624kmol/h设稳定汽油含戊烷为xkmol 答：（1）每kg进料馏出产物的量16mol,塔底产物的量84mol；（2）稳定汽油产量92.14kg/h。进料摩尔数10094.121.0624kmol/h设稳8647.含H2和CO混合气和空气燃烧，燃烧后废气分析结果如下：N279.8（mol%),O218.0%，CO22.4%(为干基）计算：（1）H2和CO混合燃料的组成；（2）混合燃料和空气的比率。解：画出流程简图，解：画出流程简图，燃烧炉燃烧炉FAP 100kmol N2 79.8 O2 18 CO2 2.4（1）取100kmol干基废气为计算基准以N2为联系物47.含H2和CO混合气和空气燃烧，燃烧后废气分析结果如下87反应耗氧量通入氧量输出氧量 101.0121100183.21kmolH2燃烧耗氧量3.210.52.42.01kmol燃料中H2的量2.0124.02kmol燃料组成反应耗氧量通入氧量输出氧量H2燃烧耗氧量3.210.88（2）混合燃料与空气比率48.用苯、氯化氢和空气生产氯苯，反应式：原料进行反应后，生成的气体经洗涤塔洗去未反应的氯化、苯及所有产物，剩下的尾气组成为：N288.8%(mol%)，O211.2%。求进过程的每摩尔空气生成氯苯的摩尔数。（2）混合燃料与空气比率48.用苯、氯化氢和空气生产氯苯，89解：画出流程简图，取1mol空气为计算基准。反应吸收系统反应吸收系统F苯、苯、HClA空气空气W N288.8 O2 11.2洗涤液以N2为联系物 79A88.8W W=0.8896 mol 反应耗氧输入氧输出氧121%0.889611.20.1104 mol生成氯苯量0.110420.2208mol解：画出流程简图，取1mol空气为计算基准。反应吸收系统F9049.高分子量的饱和烃在H2和铂存在下能裂解为低分子量的饱和烃，某加氢裂解炉的进料为纯十二烷，出料各种烃的摩尔组成为：戊烷10，己烷40，庚烷20，十二烷30。求（1）每100kmol原料能生产多少kmol产物（不包括十二烷）（2）每100kmol原料需要多少kmolH2；（3）如果原料比重为0.9，裂解产物比重为0.8，每生产100升裂解产物需多少升原料。解：画出流程简图加氢裂解炉加氢裂解炉F100G（1）过程及设计H、C两元素，可用元素衡算法，取100kmol原料液为计算基准49.高分子量的饱和烃在H2和铂存在下能裂解为低分子量的饱91对C元素列式产物量151.8999（0.1+0.4+0.2）106.33 kmol（2）对H元素列式，设需耗氢xkmol对C元素列式产物量151.8999（0.1+0.4+0.292（3）若裂解产物中不包括十二烷410.1000kg对硝基氯苯（纯度按100计）用20的游离SO3的发烟硫酸3630kg进行磺化，反应式：反应转化率为99，求：（1）反应终了时废酸的浓度；（2）如改用22发烟硫酸，时废酸浓度相同，求磺化剂用量；（3）用20发烟硫酸磺化之终点后，加水稀释废酸浓度至50H2SO4，求加水量。（3）若裂解产物中不包括十二烷410.1000kg对硝基氯93解：画出物料流程简图反应分离系统反应分离系统F1000kgS3636kg发烟硫酸发烟硫酸P废酸废酸ClC6H3(SO3H)NO2取1000kg对硝基氯苯为计算基准磺化反应消耗SO3（1）设反应终了废酸中SO3的浓度为w解：画出物料流程简图反应分离系统F1000kgS363694对SO3作衡算(2)设需要22发烟硫酸G kg,则有P=3630（1-0.2）223.143127.14kg对SO3作衡算(2)设需要22发烟硫酸Gkg,则有P=395（3）设稀释加水量为y kg得到废酸量3127.14+3227.66354.7kg（3）设稀释加水量为ykg得到废酸量3127.14+3296411.用硝石与硫酸制造硝酸，反应式如下所用硫酸浓度为95（w），反应最终残渣中含硫酸34，水1.5。假设反应完全，但生成硝酸有2遗于残渣中。设硝石系纯品无水。计算：（1）硝石、硫酸混合物的组成（w），以100kg硝石计；（2）100kg硝石所需含水硫酸的量；（3）以100kg硝石为基准，求从酸、硝石混合物中蒸出硝酸和水的量。（4）当硫酸按化学计量比进料则如何？411.用硝石与硫酸制造硝酸，反应式如下所用硫酸浓度为9597解：画出物料流程简图，取100kg 硝石为计算基准反应釜反应釜100kg硝石硝石F95H2SO4PHNO3QH2O残渣残渣WH2SO434H2O1.5HNO3xNa2SO4y对H2SO4作衡算对总物料作衡算解：画出物料流程简图，取100kg硝石为计算基准反应釜1098对Na2SO4作衡算对H2O作衡算对HNO3作衡算联立求解上方程组得：P72.64kg，x=1.48kg,y=83.53kg对Na2SO4作衡算对H2O作衡算对HNO3作衡算联立求解上99F=107.56kg ,Q=3.42kg ,W=130.98kg硝石、硫酸混合物的组成组分NaNO3 H2SO4 H2O总计量kg100102.185.38207.56w%48.1849.232.59（2）100kg硝石需含水硫酸107.56kg。（3）蒸出硝酸量72.64kg,蒸出水量3.42kg。F=107.56kg,Q=3.42kg,W=100412.下图为具有两个设备的连续稳定过程，图中虚线表示能建立平衡关系的系统边界，试求出图中的全部未知量及组成。设备设备1设备设备2475g/S A x3g/g B y3g/g C 1-x3-y3g/g800g/gA0.2g/gB0.8g/gC 200g/gQ3 g/S A 0.012g/g B 0.565g/g C 0.423g/gQ1g/SAx1g/gB1-x1g/gQ2g/SAx2g/gBy2g/gC1-x2-y2g/gA100g/g412.下图为具有两个设备的连续稳定过程，图中虚线表示能建101解：（1）现对设备1作衡算，取1S作计算基准总物料 800Q1+100 得Q1=700g/S 对A作衡算 8000.2100+Q1x1（2）对节点作衡算总物料 Q2Q1+200 得Q2=900g/S 解：（1）现对设备1作衡算，取1S作计算基准总物料800102对A作衡算 Q1x1 Q2x2（3）现对设备2作衡算总物料 Q2Q3+475 得Q3=425 g/S 对A作衡算Q1x1Q2x2（3）现对设备2作103对A作衡算 Q2x2475x3+0.012Q3对B作衡算 Q2y2475y3+0.565Q3联立求解得对A作衡算Q2x2475x3+0.012Q3对104413.甲苯氧化制苯甲醛，反应式如下：将干燥空气和甲苯通入反应器，空气加入量为甲苯完成转化所需理论量过量100，甲苯仅13转化为苯甲醛，尚有5甲苯燃烧成CO2和H2O，反应式为经4小时运转后，反应器出来的气体经冷却共收集了13.3kg水。求：（1）甲苯与空气进料量及进反应器物料组成；（2）出反应器各组分的物料量及物料组成。413.甲苯氧化制苯甲醛，反应式如下：将干燥空气和甲苯通入105解：画出流程简图，取1h作为计算基准，以全过程为衡算体系，反应器反应器冷凝器冷凝器Fkmol/h甲苯甲苯Akmol/h空气空气H2O13.34kg/hQP对水作衡算解：画出流程简图，取1h作为计算基准，以全过程为衡算体系，反106（1）进反应器物料的量和组成进反应器氧量1.23152002.4630kmol/hA2.46300.2111.7284kmol/h进反应器N2量11.72840.799.2654kmol/h进反应器物料量及组成如下表组分Kmol/hy%Kg/hw%甲苯1.23159.502113.3025.092O22.463019.00578.8217.456N29.265471.493259.4357.453总计12.9599100.00451.55100.00（1）进反应器物料的量和组成进反应器氧量1.231520107Q中氧量1.23152001.231513 1.23150.592.2475kmol/h（2）出反应器物料Q的量和组成Qzhong甲苯量1.2315（1130.55）1.0652kmol/hQ中H2O量1.2315131.23150.54 0.1847kmol/hQ中CO2量1.23150.570.0431kmol/hQ中苯甲醛量1.2315130.1601kmol/hQ中氧量1.23152001.231513（2）108出反应器物料Q的量和组成如下表组分Kmol/hy%Kg/hw%甲苯1.06528.21598.0021.703O22.247517.33471.9215.928N29.265471.459259.4357.454H2O0.18471.4243.3250.736苯甲醛0.16011.23516.9713.758CO20.04310.3331.8960.421总计12.966100.00451.54100.00出反应器物料Q的量和组成如下表组分Kmol/hy%Kg/hw109414.发生炉煤气具有下列体积组成：N270.0，CO2 4.4%,CO 23.0%,O2 2.6。计算：（1）20C750mmHg下含1kgC的煤气的体积是多少m3？（2）在（1）的条件下，燃烧100m3煤气所需同样条件下的空气的体积（假设燃烧前加入空气量比理论量过量20）（3）假定完全燃烧，计算题（2）中离开燃烧器的废气组成？（4）计算（2）和（3）在温度300C和750mmHg下100m3煤气燃烧后离开燃烧器的气体体积。解：（1）414.发生炉煤气具有下列体积组成：N270.0，CO2110（2）考虑煤气中含氧量若不考虑煤气中含氧量（3）废气组成（考虑煤气含氧）各组分：输入量反应消耗量+反应生成量输出量（2）考虑煤气中含氧量若不考虑煤气中含氧量（3）废气组成（考111废气组成见下表组分N2O2CO2总计m3110.181.7827.4139.36v%79.061.2819.66100.00（4）在温度300C和750mmHg下100m3煤气燃烧后离开燃烧器的气体体积。废气组成见下表组分N2O2CO2总计m3110.181.78112415.碳氢化合物CHn燃料，燃烧后生成的气体经分析测得组成为：CO2 3.8（mol)，O2 15.4，CO 0.34，H2O 0.12，CH4 0.08，气体中无未燃烧的CHn的痕迹。计算：（1）空气燃料比值；（2）过量空气百分数；（3）燃料成分（即n值）解：画出物料流程简图燃烧炉燃烧炉FAP100kmol CO2 3.8%O2 15.4%CO 0.34%H2O 0.12%CH4 0.08%取100kmol燃烧产物为计算基准415.碳氢化合物CHn燃料，燃烧后生成的气体经分析测得组113对C元素列平衡输入C3.8+.034+0.08=4.22kmol以N2为联系物对O元素列平衡输入O3.82+.034+0.12+0.1542=38.86kmol（2）过量空气百分数对C元素列平衡输入C3.8+.034+0.08=4.22k114（3）对H作衡算nH0.122+0.0840.56 kmol4-16.某硫磺焙烧炉出来的气体组成为：SO3 1.1，SO2 8.2，O2 10.0，N2 80.7。计算：（1）180C与740mmHg下焙烧1kgS生成的气体体积；（2）供给完全氧化成SO3过量氧的百分数；（3）25C和740mmHg下焙烧每kg S所需空气体积。解：画出流程简图，取1kgS为计算基准（3）对H作衡算nH0.122+0.0840.56115（1）假设S完全反应（2）取100kmol焙烧气为基准，以N2为联系物SA空气空气焙烧炉焙烧炉P焙烧气焙烧气SO31.1SO28.2O210.0N280.7输入O2的量（80.70.79）00.2121.45kmol输入S 的量1.1+8.29.3kmol（1）假设S完全反应（2）取100kmol焙烧气为基准，以N116（3）25C和740mmHg下焙烧每kg S所需空气体积。（3）25C和740mmHg下焙烧每kgS所需空气体积117417.CO与H2合成甲醇，由反应器出来的气体进冷凝器是甲醇冷凝，未冷凝的甲醇及未反应的CO和H2循环返回反应器。反应器出来的气体流量为275mol/min，组成为：10.6（mol)H2，64.0CO及25.4CH3OH。循环气体中甲醇摩尔分率为0.004，求新鲜气中CO与H2的摩尔流量及甲醇的产量（mol/min)。反应器反应器冷凝器冷凝器PCH3OH(l)R循环气循环气F新鲜气新鲜气Q275mol/minH210.6%CO64%CH3OH25.4%417.CO与H2合成甲醇，由反应器出来的气体进冷凝器是甲118解：先以冷凝器作为衡算体系，取1min为计算基准对甲醇作衡算 27525.4P0.004R对总物料作衡算 275PR联立求解得 P=69.03mol/min,R=205.97mol/min以全系统作为衡算体系对H2作衡算 FH22P0,FH2138.06mol/min对CO作衡算 FCOP0,FH269.03mol/min解：先以冷凝器作为衡算体系，取1min为计算基准对甲醇作衡算1194-18.CH4与Cl2反应生产氯甲烷和HCl,反应式：生成的CH3Cl能进一步生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。在氯甲烷生产中，进反应器原料中CH4和Cl2的分子比为5：1，氯的单程x为100，产品CH3Cl和CH2Cl2之比为4：1(mol)，三氯甲烷和四氯化碳忽略不计。反应器出来的气体进冷凝器，将冷凝的氯甲烷和二氯甲烷进行蒸馏分离，冷凝器出来的气体进洗涤塔将HCl吸收，洗涤塔出来的气体为纯CH4，再循环返回反应器，计算生产1000kgh需要：（1）新鲜原料的流量及摩尔组成；（2）进入洗涤塔需回收的HCl 量；（3）循环物料的摩尔流率。4-18.CH4与Cl2反应生产氯甲烷和HCl,反应式：生成120解：画出流程简图，取1小时为计算基准反应器反应器冷凝器冷凝器洗涤塔洗涤塔精馏塔精馏塔FCH4Cl2RHClPCH3ClWCH2Cl2（1）取全系统为衡算对象对CH4列式解：画出流程简图，取1小时为计算基准反应器冷凝器洗涤塔精馏塔121对氯列式(2)回收氯化氢的量，对HCl列式对氯列式(2)回收氯化氢的量，对HCl列式122（3）对节点作衡算，因循环其中不含Cl2，则新鲜其中氯即为进反应器混合气中氯。对甲烷列式419.原料A与B进行下列反应，反应式：（3）对节点作衡算，因循环其中不含Cl2，则新鲜其中氯即为进123若新鲜原料中A过剩20，B的单程转化率为60，B的总转化率为90，反应器出来的产物进分离器将产物C与D分离，剩下未反应的A与B组份，一部分排放，其余返回反应器流程如下：反应器反应器分离器分离器FABMFRPCDWAB求：（1）循环气R的摩尔组成；（2）排放气W与循环气R的摩尔比；（3）循环气R与进反应器原料MF的摩尔比若新鲜原料中A过剩20，B的单程转化率为60，B的总转化124解：（1）取全系统为衡算对象，设FB为100mol。则新鲜其中A的量FA1001202548mol对B列式对A列式则R与为的组成为：yA=0.5455 yB=0.4545解：（1）取全系统为衡算对象，设FB为100mol。则新鲜125(2)以节点为衡算体系对B列式（3）(2)以节点为衡算体系对B列式（3）126420.苯加氢转化为环己烷，生产率为100 kmolh 环己烷，99的苯生成环己烷，进入反应器原料（MF)组成为80（mol)H2及20%C6H6,产物含3%(mol)H2，计算：（1）产物的组成；（2）FF中C6H6和H2的流量；（3）H2的循环量。反应器反应器冷凝器冷凝器FF苯苯H2MFR循环循环H2P含氢含氢3C6H6？苯苯？解：取100kmolh环己烷为计算基准,以全过程为衡算体系。420.苯加氢转化为环己烷，生产率为100kmolh127对苯列式 FF苯P环己烷P苯（2）以全系统为衡算体系，对H2作衡算对苯列式FF苯P环己烷P苯（2）以全系统为衡128FFC6H610099101.01kmol/h(3)以节点作为衡算体系，对H2列式FFC6H610099101.01kmol/h(3)129421.合成氨生产的原料含少量不反应的组分，如氩或甲烷，这些惰性组分不能冷凝，因而与未反应的N2和H2一起循环，为避免惰性组分在系统内积累，需从循环管线防空一部分循环气，其流程如下图（I表示惰性组分）PNH3反应器反应器冷凝器冷凝器FFH2、N2、IMFRH2、N2、IW已知新鲜原料已知新鲜原料FF组成为组成为N224.75；H274.25：I1N2的单程转化率为的单程转化率为25，循环气（，循环气（R）中惰性组分为）中惰性组分为12.5。（组成均为（组成均为mol）421.合成氨生产的原料含少量不反应的组分，如氩或甲烷，这130计算：（1）N2的总转化率；（2）放空气体新鲜气体的摩尔比；（3）进反应器物料（MF)新鲜气（FF）的摩尔比。解：取全系统为衡算对象，取100kmolFF为基准利用I为联系物对N2列式计算：（1）N2的总转化率；（2）放空气体新鲜气体的摩尔比131以节点为衡算体系，对N2列式因为MF、FF、R中H2和N2分子比为3以节点为衡算体系，对N2列式因为MF、FF、R中H2和N2分132也可利用x单、x 总关系求之。也可利用x单、x总关系求之。133422.下图为Na2CO3生产工艺简图，其反应式为R 纯Na2SW H2OP Na2CO3 80 H2O 20反应器反应器结晶分离器结晶分离器蒸发器蒸发器结晶器结晶器Q CaS20 H2O 80 T CaCO3 30 H2O 70SCaCO36kg/hF1000kg/hNa2S45%H2O55%E=1900kg/hCaCO330%H2O70%GCaCO3溶液溶液422.下图为Na2CO3生产工艺简图，其反应式为R纯134Na2S通过反应器的单程转化率为90，进入反应器的CaCO3 量为理论量过量50。计算：（1）纯Na2S循环量(kg/h);(2)生成的Na2CO3溶液的量。解：取F=1000kg为计算基准，以全过程为衡算体系。对Na2CO3列式 20 P45F10678Na2S通过反应器的单程转化率为90，进入反应器的CaCO135取节点为衡算体系，对Na2S作衡算以全过程为衡算体系，对水列式对CaS 列式 20Q1000457278 Q2076.92kg/h取节点为衡算体系，对Na2S作衡算以全过程为衡算体系，对水列136以反应器为体系，对CaCO3列式423.乙烯与空气氧化生产环氧乙烷，离开反应器的气体组成如下（干基mol）：C2H4 3.2；N2 78.2；O2 12.2；C2H4O 0.9；CO2 5.5。求选择性、单程转化率、循环气对废气（R/W)的摩尔比及新鲜原料（FF)中乙烯对空气的摩尔比。反应式：以反应器为体系，对CaCO3列式423.乙烯与空气氧化生产137反应器反应器吸收塔吸收塔FFMFRWAPRP C2H4 3.2 N2 78.2 O2 12.2 C2H4O 0.9 CO2 5.5反应器吸收塔FFMFRWAPRP138解：取100kmloh进吸收塔干基气体为计算基准，设其中仅环氧乙烷被吸收且完全吸收则出塔尾气组成（与R或W同)为：以全系统为衡算对象，取W=100kmolh 为基准 解：取100kmloh进吸收塔干基气体为计算基准，设其中仅139习题课习题课一、填空1、因次是表示物料_的基本物理量，_是因次的具体表示。2、化工计算主要是应用_来研究化工过程的_物料衡算和能量衡算问题。3、化工过程指由原料经_处理加工成化学产品和中间产品的_。4、_是为度量物体的温度而对温度的零点和分度方法作的_。5、化工过程开发是将一个化学反应从_过渡到_生产装置的全过程习题课一、填空140l6、过程参数是指在化工生产过程中，能影响过_和_的物理量，在指定条件下它的_。l7、稳流过程，体系内有化学变化物料衡算式为_。l8、性质是指物料的特性，性质按其值与组成体系_的有无关系分为强度性质和容量性质两类。l9、C3H2Cl6的燃烧反应为C3H2Cl6+_+_ _+_。l10、对有化学变化的稳流过程的能