化工計(jì)算復(fù)習(xí)題

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 =