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。 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 38780.419638627892FBx??? 釜残液中苯的摩尔分数 2780.023512987892WBx??? 进料平均相对分子质量 0.419678(10.4196)9286.13M?????? 进塔原料的摩尔流量 2000232.2/86.13Fkmolh?? 依题意，馏出液中能回收原料中97%的苯，所以 97.430.9794.51/DBDxkmolh??? 作全塔苯的质量FBDBWBFxDxWx?? F, xF D, xD W, xW 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 苯 7600 38 97.43 41.96 7372.6 85.60 94.52 87.52 227.8 2.0 2.92 甲苯 12400 62 134.8 58.04 1240.2 14.40 13.48 12.48 11159.4 98.0 121.3 合 20000 100 232.2 100 8612.8 100 108 100 11387.2 100 124.2 作全塔总质量衡算得 FWD?? 将已知数据代人上述质量衡算方程得 232.20.419694.510.02351??? 232.2WD?? 解得 124.2/,108/WkmolhDkmolh?? 所以，94.5194.510.8752108DBxD??? 计 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。 原料液母液水蒸气，F2 kg NaCl晶体,F3 kg 蒸发器 F1=1000kg 10%NaOH 10%NaCl 80%H2O ,F4 kg 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： HOCOHO??? 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 1.25529.760.21mol?? 其中 226.25,23.51OmolNmol 烟道气中各组分的量： 38CH 0 mol 2N 23.51 mol 2CO 313mol?? 2O 6.2551.25mol?? 燃烧气 CO2 O2 N2 燃 烧 合成气 CH4 H2 CO CO2 O2 N2 空气 O2 N2 2HO 414mol?? 因此，以1mol入口丙烷为基准的物料衡算结果如下 入口 CH4 32.9 6.8 出口 32.9 9.9 H2 232.6 48.07 232.6 69