《化工设计》

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1、化工设计化工设计习题1、 逆流气体离心机用于从 U238 中分离 U235，扩散传递速度 为 K= 2Dr, 式中如果K- 轻组分向离心机中心的传递速度 摩尔/秒厘米；D-扩散 系数；-=摩尔密度 摩尔/厘 3米；r-对数平均半径 (r2-r1)/ln(r2/r1) 单位厘米. 试求 D 的单位。 2、 CO2 之摩尔热容为 Cp = 9.085 + 0.0048 T ，式中之 T 单位为 ，Cp 之单位为卡/摩尔。（1）若 Cp 之单位需以英热单位 （ BTU）/磅F 表示，式中之 T 以 F 表示，则上式应以何种形式表 示? （2）试求 T = 100 时，CO2 之 Cp 为多少（ BT

2、U）/磅F。3、 利用化工原理上册附录，查取下列物性数据：（1）空气在 760 mmHg，20时的密度；（2）氨（液 体）在 25时的粘度；（3）乙 醇在 50时的汽化潜热。4、 空气含 79%的 N2 和 21%的 O2（体积%），计算 25 、740 mmHg 时的密度，以克/升表示。5、丙烷充分燃烧时要供入空气量 125% ，反应式为 C3H8 + 5 O2 = 3 CO2+ 4 H2O 问每 100 mol燃烧产物需空气量为多少摩尔? 请画出物料流程示意图，分别以 （1）1 mol C3H8 ，（2）1 mol空气，（3）1 mol O2 为基准计算。6、 一氧化碳与氧燃烧生成二氧化碳

3、，每小时各 100 mol 的各种 反应物输入反应器，求：（1）CO 对 O2 的化学计量比，（2）有限反 应物，（3）过量反应物的过量百分比。7、 工业上由乙烯水化生成乙醇 C2H4 + H2O = *H 部分 产物由副反应转化为二乙醚 2 *H = (C2H5)2O + H2O 反应器的 进料含 53.7 % C2H4 ，36.7% H2O，其余为惰性气体，乙烯转化率为 5 % ，以消耗的乙烯为基准的产率为 90%，计算反应 器输出流股的摩尔组成，以及乙醇生成的选择性。8、 多效蒸发（海水淡化）流程如下：G Kg/h H2O G Kg/h H2O G Kg/h H2O3000Kg/h 第一

4、效 第二效 第三效 W NaCl 摩尔分率 0.01593 3.5 质量 % NaCl 求每效蒸发器中的蒸发速率以及离开第二效蒸发器 的溶液中的 NaCl 质量百分比。9、 H2 和 CO 混合气与空气燃烧，燃烧后的废气分析结果如下： N2 79.8%( mol)， O2 18.0% ，CO22.1%(为干基)，计算（1）H2 和 CO 混合燃料的组成；（2）混合 燃料与空气的比例。10、用苯、HCl 和空气生产氯苯，反应式如下： C6H6 + HCl + 1/2 O2 C6H5Cl + H2O原料进行反应后生成的气体经洗涤除去未反应的 HCl、苯以及所 有的产品后其组成为N2 88.8%(

5、mol) , O2 11.2 %, 求进过程每摩尔空气生产氯苯的摩尔 数。 11、 苯加氢转化成环己烷（C6H12），生产率 100 mol/ hC6H12， 99%的苯反应生成 C6H12，进反应器原料组成为 80%( mol) H2 及 20% C6H6，产物中含 3% ( mol)H2，计算： （1）产物的组成；（2）C6H6 及H2 的摩尔流率；（3）H2 的循环率。1000第 11 题示意图H2 循环 纯苯 80% H2 反应器 冷凝器 产物 3% H2 H2 20% C6H6 12、 一个生产天然汽油的工厂，其原料制备部分，是从不含丁烷的汽油中部分除去异戊烷，简要流程如下，试计算流

6、经异戊烷塔不含丁烷的汽油的数量是多少 ? 侧流（S） 100%异戊烷 异戊烷 塔 脱 丁烷塔 不含丁烷物料（F） 正戊烷 y P 至天然汽油工厂 100 mol 正 戊烷 80% 90%正戊烷 异戊烷 20% 10%异戊烷13、70 mol % 丁烷和 30 mol% 氢的混合物与 25%过量空气燃烧， 丁烷的转化率为 80%，氢的转化率为 99%，在反应的丁烷中，90%生成 CO2，10%生成 CO，计算 产物气体中水的摩尔分率。14、碳氢化合物 CHn 燃料，燃烧后生成之气体经分析测得组成 如下（干基，体积%）：CO2 3.8%, O2 15.4%, CO 0.34%, H2 0.12%,

7、 CH4 0.08% 气体中无未 燃之 CHn 痕迹，计算（1）空气/燃料之比值，（2）过量空气百分率，（3）燃料之成分 （即 n）。15、试计算化学反应：1/2 H2（g）+ 1/2 Cl2(g) HCl (g) 在 1000 K，1 atm 下的反应热。16、反应 CaC2 (s) + 5 H2O (l) CaO (s) + 2 CO2 (g) + 5 H2 (g) 的标准反应热为 C69.4kJ/mol，（1）计算此反应的 SUr；（2）设将 120g CaC2 和足够的液体水 装入 25刚性容器中，加热容器至 CaC2 反应完全，再将产物冷回到 25，冷凝全部的过量水，需从反应器传递的

8、净热量为多少 kJ?17、硝酸生产中，把经过预热的空气和氨在混合器里混合成600 含 10%（mol）氨的混合气体（氨不能预热，因为预热会使其分解成 H2 和 N2），此混合气经催化 氧化得 NO2, 然后用水吸收 NO2生成硝酸。已知温度为 25的氨以 520 kg/h 的流率进入混合器， 混合器的热损失为 7 kJ/s，试0计算空气进入混合器前应预热到多少度? SHf,NH3 = 45.9kJ/mol, 平均 Cp 空气 =29.21 J/mol.K, 平均 Cp 氨气 =43.87 J/mol.K,。18、含 50%（质量）苯(r=*kJ/kmol,沸点为 353.3K)和 50%（质

9、量）甲苯(r=*kJ/kmol,沸点为 383.8K) 的原料液在 60加到一连续单级蒸发器里，在蒸发器 里原料中有 60%的苯被蒸发了。经分析发现蒸汽中苯的含量为 63.1% （质量），液体产物和蒸汽产物都在 150离开蒸发器，试计算该过 程处理每公斤原料液需要多少热量。Cp 苯 l =110.9 J/mol.K, Cp 甲 苯 l =110.9 J/mol.K Cp 苯 g = -36.21 + 48.4610-2 T C 31.5610 -5 T2+77.6110-9 T3 J/mol.KCp 甲 苯 g = -34.40 + 55.9210-2 T C 34.4510-5 T2 + 8

10、0.3710-9 T3 J/mol.K19、某连续等温反应器在 400进行下列反应：CO(g) + H2O(g) CO2 (g) + H2 (g) 假定原料在温度为 400 时按照化学计量比送入反应器，要求 CO 的转化率为 90%，试计算使反应器内温度稳2定在 400 时所需传递的热量。SHf,CO = -110.6kJ/mol , SHf,CO2 = -393.7kJ/molSHf,H2O(g) = -242.2 kJ/mol Cp CO2 = 22.25 + 5.9810 T C 3.5010 T+ 7.4710 T J/mol.K-2-52-93000Cp CO = 28.16 + 0

11、.1710 -2 T + 0.5410 -5 T2 C 2.2210 -9 T3 J/mol.K Cp H2O = 32.23 + 0.1910 -2 T + 1.0510 -5 T2 C 3.610 -9 T3 J/mol.K Cp H2 = 29.10 - 0.1910-2 T + 0.4010-5 T2 C 0.8810-9 T3 J/mol.K20、在一绝热反应器内进行下列反应：CO(g) + H2O(g) CO2 (g) + H2 (g) 反应物在 300，1atm下按化学计量比进入反应器，无惰性物，反应进行完全。试计算 该绝热反应器出口物料的温度（用平均热容计算） 。Cp CO =

12、33.47 J/mol.K, Cp H2 =29.0 J/mol.K, Cp CO2 =44.46 J/mol.K,Cp H2O(g) =35.49 J/mol.K, SHf,CO = -110.6kJ/mol , SHf,CO2 = -393.7kJ/mol SHf,H2O(g) = -242.2 kJ/mol00021、甲醇用金属催化剂制甲醛的工艺过程，所发生的反应如下： CH3OH + 1/2 O2 HCHO + H2O (1) CH3OH HCHO + H2 (2)CH3OH + 3/2 O2 CO2 + 2 H2O (3)若每个反应的相对量为 反应（1）75%，反应（2）20%，反应

13、（3） 5% （1）假设甲醇/空气为 1：1.3，进料温度为 95，则要维持反应 温度为 510需移走多少热量?（2）若（1）在绝热反应器中进行，则绝热反应温度为多少? （3） 如保持绝热反应温度 510，0需要甲醇 / 空气配比为多少 ? 已知下列数据： SHf, 甲醇 g = - 201.3kJ/molSHf,甲醛 g = -118.4kJ/mol SHf, 水 g = -242.2kJ/mol SHf, 二氧 化碳 g = -393.7kJ/mol000真实热容 温度 K 298 400 750 800 950 1000 1050Cp kCal/kmol.K 甲醛 8.36 9.41 1

14、2.95 13.39 14.49 14.78 15.10 甲醇 10.51 12.38 18.36 19.07 20.88 21.36 21.86 温度 K 298 573 673 773 873 973 1073 N2 6.96 7.09 7.31 7.47 7.63 7.80 7.92 H2 6.85 7.00 7.03 7.07 7.12 7.20 7.29 O2 7.03 7.61 7.83 8.01 8.17 8.30 8.41 CO2 8.89 11.31 11.70 12.18 12.58 12.91 13.1922 、计算 25液体戊烷与 75过量 30%的纯氧（不是空气）一起

15、燃烧时绝热火焰温度。已知O2 Cp = 28.17 + 6.29710-3 T -0.749410-6 T2 J/mol.K CO2 Cp = 26.75 + 42.258 10 -3 T - 0.7494 10-6 T2 J/mol.K H2O Cp = 29.16 + 142.40 10 -3 T C 2.022 10 -6 T2 J/mol.K 戊烷 Cp =254.1 J/mol.K SHr = -3248.6kJ023、在一连续反应器进行乙醇脱氢反应： *H(g) CH3CHO(g) + H2(g) SHr = 68.95 kJ/mol 含 90%（mol）乙醇和 10% （mol）乙醛 的原料预热到 300下以 100 mol/