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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上計(jì)算題(共15分)氨氧化反應(yīng)器的能量衡算。 氨氧化反應(yīng)式為:4NH3(氣) 5O2(氣) 4NO(氣) 6H2O(氣) 此反應(yīng)在 25、101.3kPa下的反應(yīng)熱為HOr904.6kJ?,F(xiàn)有25的 60 mol NH3h和120 mol O2/h連續(xù)進(jìn)人反應(yīng)器,氨在反應(yīng)器內(nèi)全部反應(yīng),產(chǎn)物呈200氣態(tài)離開(kāi)反應(yīng)器,操作壓力為101.3kPa。設(shè)氧氣200時(shí)等壓熱容為 30.5J(mol·),水200時(shí)等壓熱容為 34.5J(mol·),Cp(NO)29.50+0.8188×10-2T-0.2925×10-5T2+0.3652
2、5;10-9T3 J(mol·)。(1)畫(huà)出物料流程圖,并在圖中標(biāo)明各組分的摩爾流量;(5分)(2)計(jì)算反應(yīng)器應(yīng)該輸入或輸出的熱量,并寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程。(10分)解:以題給的進(jìn)料量為計(jì)算基準(zhǔn)。(1)物料流程圖及各組分的摩爾流量如下圖 (2)在 25、101.3kPa下進(jìn)口物料焓為零,計(jì)算出口物料的焓:H(NO)=n20025 CpdT=6020025(29.50+0.8188×10-2T-0.2925×10-5T2+0.3652×10-9T3)dT =60(6056.1-740.0)=.4=319.0(kJ/h) H(H2O)=nCp(200-25)=90&
3、#215;34.5×175=543.4(kJ/h) H(O2)=nCp(200-25)=45×30.5×175=240.2(kJ/h) 已知氨的消耗量為60 mol/h,有: nARH0r/A=60×(-904.6)/4=-13569(kJ/h) 所以:H=H0r+輸出niHi-輸入niHi=-13569+(319.0+543.4+240.2)-0= -12467(kJ/h) 答:為了維持產(chǎn)物溫度為200,應(yīng)每小時(shí)從反應(yīng)器移走12467kJ的熱量. 2. 工業(yè)上,合成氨原料氣中的CO通過(guò)變換反應(yīng)器而除去,如圖所示。在反應(yīng)器1中大部分CO轉(zhuǎn)化,在反應(yīng)器2中
4、完全脫除。原料氣是由發(fā)生爐煤氣(78%N2,20%CO,2%CO2)和水煤氣(50%H2,50%CO)混合而成的半水煤氣。在反應(yīng)器中與水蒸氣發(fā)生反應(yīng):COH2OCO2H2最后得到物流中H2與N2之比為3:1,假定水蒸氣流率是原料氣總量(干基)的兩倍,同時(shí)反應(yīng)器1中CO的轉(zhuǎn)化率為60%,試計(jì)算中間物流F4的組成。N2 78%, CO 20%CO2 2%, F1H2 50%, CO 50%F2F3 H2OF5N2, H2O H2, CO2F4N2, H2O, H2,CO, CO2 氨原料氣中CO脫除流程示意圖解:以物料F1為100mol/h為計(jì)算基準(zhǔn);正反應(yīng)的反應(yīng)速率為r。(1)過(guò)程先由總單元過(guò)程
5、摩爾衡算式進(jìn)行計(jì)算,總衡算式為: N2平衡: 0.78×100 78 mol/h CO平衡: 0 0.2×100 0.5F2r H2O平衡: F3r CO2平衡: 0.02×100 r H2平衡: 0.5F2 r 已知H2與N2之比為3:1 3 3× 78 234 mol/h 原料氣(干基)與水蒸氣之比1:2 F3 2(F1F2 ) 將H2和CO平衡式相加,消去r,得: F2 234 -20 214 mol/h 將F2值代入CO平衡式中,得: r 20 107 127 mol/h F3 2 × (100) 628 mol/h 最后,由CO2和H
6、2O平衡式得: 0.02× 100127 129 mol/h 628-127 501 mol/h (2)計(jì)算反應(yīng)器1的反應(yīng)速率,然后計(jì)算物流4的組成,由反應(yīng)速率的定義式得: r1 (Fi, 輸出-Fi, 輸入)/µi-Fi, 輸入ci /µi 式中µi為化學(xué)反應(yīng)式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù),對(duì)反應(yīng)物µi取負(fù)值,對(duì)生成物µi取負(fù)值;ci為i物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率。已知反應(yīng)器1中CO轉(zhuǎn)化率為0.60,由此得反應(yīng)器1的反應(yīng)速率: r1 -FCO, 輸入 cCO /µCO-0.6(0.2×1000.5×214)/(-1) 76.
7、2 mol/h已知r1后,物流4中每一物質(zhì)的流率可以用物料衡算求得,即:N2平衡 0.78×100 78 mol/hCO平衡 127 - r1 50.8 mol/hH2O平衡 628 - r1 551.8 mol/hCO2平衡 2 r1 78.2 mol/hH2平衡 107 r1 183.2 mol/h 3. 用空氣氧化鄰二甲苯生產(chǎn)苯酐。原料流量為205 kg/h鄰二甲苯和4500 m3/h空氣(標(biāo)準(zhǔn)狀況,其中氮?dú)馑俭w積百分含量為79.2%)。從反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系可知,生成1 mol的苯酐需要反應(yīng)掉1 mol的鄰二甲苯。經(jīng)化驗(yàn)得到反應(yīng)器出口氣體的組成如下表。已知鄰二甲苯的分子量為106
8、,苯酐的相對(duì)分子質(zhì)量為148。出口氣體組成組分苯酐順酐鄰二甲苯O2N2其它合計(jì)組成/%(mol)0.650.040.0316.58784.70100試計(jì)算:(1)鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化率、苯酐的收率、反應(yīng)的選擇性; (2)苯酐的年產(chǎn)量(按330天計(jì)算)。解:由題可知,進(jìn)入反應(yīng)的氮?dú)馐嵌栊詺怏w,不參加反應(yīng)。故進(jìn)口和出口中氮?dú)夂坎蛔儯俣o(wú)損失)。本題選氮?dú)庾鳛槁?lián)系物。進(jìn)入反應(yīng)器的空氣中含有氮?dú)?,其摩爾流量?500/22.4´0.792=159.1kmol/h 設(shè)反應(yīng)器出口氣體的總流量為x kmol/h,則有0.78x=159.1 得x=204 kmol/h 因此,反應(yīng)器出口氣體中含有鄰二甲
9、苯摩爾流量為204´0.03%=0.0612 kmol/h 轉(zhuǎn)化為質(zhì)量為:0.0612´106 kg/h=6.49 kg/h 反應(yīng)器出口中含有苯酐:204´0.65%=1.326 kmol/h 所以 (1)鄰二甲苯轉(zhuǎn)化率X=(205-6.49)/205´100%=96.8% 苯酐收率 Y=1.326/(205/106)*100%=0.686´100%=68.6% 反應(yīng)選擇性 S=Y/X=0.686/0.968=0.71 (2)苯酐的年產(chǎn)量 苯酐產(chǎn)量=每小時(shí)生成摩爾數(shù)´24小時(shí)´年工作天數(shù)´苯酐相對(duì)分子質(zhì)量 =1.3
10、26´24´330´148 =1.554´106 kg/a =1554 t/a 4. 25的干空氣以2500 m3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀況)的流量通過(guò)一個(gè)填料常壓熱水塔。從塔頂噴淋91熱水,噴淋量為33500 kg/h,塔頂出口氣體溫度為84,其中含有大量水蒸氣,飽和度為90%,熱損失為 kJ/h。試求塔底熱水出口溫度。已知84時(shí)水的飽和蒸汽的蒸汽壓為55.7 kPa,干空氣平均熱容為1.004 kJ/kg×,平均相對(duì)分子質(zhì)量為28.8;84水的汽化熱為2297 kJ/kg,液態(tài)水的熱容為4.184 kJ/kg×。解: 選擇計(jì)算基準(zhǔn)為0。根據(jù)分
11、壓定律,塔頂氣體中水蒸氣的摩爾分?jǐn)?shù):0.9´55.57/101.3=0.4937 設(shè)塔頂蒸汽量為x m3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀況),則有 x/(x+2500)=0.4937 解得 x=0.4937´(x+2500)=2437 m3/h 蒸汽量 x=2437/22.4´18=1958 kg/h 塔底熱水量 x=33500-1958=31542 kg/h第二步進(jìn)行熱量平衡計(jì)算,用H1、H2、H3、H4 分別表示進(jìn)塔干空氣、出塔氣、進(jìn)塔熱水、出塔熱水與基準(zhǔn)的焓差。已知干空氣平均熱容為1.004 kJ/kg×,平均相對(duì)分子質(zhì)量為28.8;84水的汽化熱為2297 kJ/kg,液態(tài)水的熱容為4.184 kJ/kg×,則 H1=2500/22.4´28.8´1.004´(25-0) = 8.068´104 kJ/h H2=2500/22.4´28.8´1.004´84+1958´4.184´84+1958´2297=.98+.3+.3=.2kJ/h = 5.459´106 kJ/h H3 = 33500´4.184´91= kJ/h = 1.275´107 kJ/h H4 =
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