化工计算课后习题

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1、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： 12 、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： 以表面张力为0.005lbf/ft，换算成： dyn/cm、kgf/cm、N/m。 解： 15500kcal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

2、/S; (6)lbfft/S. 解： 1620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： 第二章 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： 22 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：（） （）醋酸 煤油 3 由一温度已知值，计算下列

3、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： KCFR （）398124.85256.73716.4 （）133.1540-40419.67 （）298.152577536.67 （）277.784.6340.33500 丁烯（气体）于F时之热容为 0.366BtulbF。换算成kcal/kgC及kJ/kgK。 解： 2-5铜的热容为 式中温度单位为摄氏温度。 试求：（1）将上式换算成Cp用Btu/lbmolR表示 ，式中温度用兰金温度表示； （2）将60C时

4、铜之热容单位用Btu/lbmolR表示 。 解：（1） （2）60C 或 26、 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 ： 2730（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 28 ZnBr2的水溶液，其密度在20C和80C时 分别

5、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 29.一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

6、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 。 由 求 之 wi%vi%xi% A28.4530.6232.04 B2526.0127.18 C46.5543.3740.78 总计100.00100.00100.00 结果列于下表： 或 210.一气体混合物组成如下： 组 分 H2O COH2CO2CH4N2 vi 6.85.69.211.2 25.4 41.8 若以上组成用干基表示，应为多少？ 解：取100kmol气体为计算基准，则干基量及 组成如下表： 组分kmolYi CO5.66.01 H29.29.87 CO211.212.0

7、2 CH425.427.25 N241.844.65 总计93.2100.00 第四章 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）。 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 nC2H6=80kmol nO2=20kmol n空气,O2,N2 废气n nCO2 nCO nH2O nC2H6 nO2 nN2 C2H6的理论需氧量 nt=803.5=280kmo

8、l 实际用氧量3280840kmol 应由空气供入的氧量84020820kmol 由空气带入的氮量82079213085kmol l废气中CO2的量nCO2=800.82=128kmol l废气中CO的量nCO=800.12=16kmol l废气中H2O的量nH2O=800.93=216kmol l废气中C2H6的量nC2H6=800.1=8kmol l废气中N2的量nN2=3085kmol l废气中O2的量nO2=840800.83.5 l 800.12.5=596kmol 废气n=nCO2+nCO+nH2O+nC2H6+nO2+nN2 =128+16+216+8+596+3085=4049

9、kmol 衡算式：输入的反应掉的+生成的输出的 由上数据求湿基废气组 成 lCO2 3.16，CO 0.40，H2O 5.33， lO2 14.72，N2 76.19，C2H6 0.20。 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。 （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

10、料气作计算基准？ 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。 解：过程示意图及物流标注如 图 系统有

11、C、H、Cl三个元素，可列三个元素衡算式 氯化反应器 nC6H6=1000mol/h nCl2=3600mol/h 气相n nCl2, nHCl, 液相 n1 xC6H6=0.01 xC6H5Cl=0.07 xC6H4Cl2=0.12 xC6H3Cl3=0.75 xC6H2Cl4=0.05 lC衡算 6nC6H6=n1(6x1，C6H6+6x1，C6H5Cl +6x1，C6H4Cl2+6x1， C6H3Cl3+6x1，C6H2Cl4) 所以 n1=nC6H6=1000mol/h H衡算 6nC6H6=nHCl+n1(6x1，C6H6+5x1，C6H5Cl +4x1，C6H4Cl2+3x1 ，C

12、6H3Cl3+2x1，C6H2Cl4) 6000=nHCl+3240 所以 nHCl=2760mol/h lCl 衡算 2 nCl2=nHCl+2nCl2+n1(x1，C6H5Cl +2x1，C6H4Cl2+3x1 C6H3Cl3+4x1，C6H2Cl4) 7200=2760+2nCl2+10002.76 所以 nCl2=3600-1380-1380=840mol/h 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

13、积百分数）。 解：1、分析题意并画出过程示意图 燃烧过程 原料G 水汽 Wkmol 空气 Akmol 干烟道气F (2) 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， 将水蒸气和烟道气分成两股物流计算 更方便。 (3) N2是由空气带入的不变组分，可作为联系组分。 (4) 原料结构不明，应使用元素衡算，因C和H 元素各自完整地转移到烟道气和水蒸气中，它们 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 ，给出的是摩尔组成，故采用摩尔计算略为简便。 （1）各物流量均未知，但组成分析已知。 2、计算 基准F=100kmol干烟道气为基准。

14、（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 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 本例中空气过量百分数也可由干基烟道气实测 O2%计算 3、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

15、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 。 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 FMFRPS W R P A B 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