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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)与甲苯62%得混合溶液,要求馏出液中能回收原料中97%得苯,釜残液中含苯不低于2%。进料流量为20000kg/h,求馏出液与釜残液得流量与组成。
F,
F,xF
D,xD
W,xW
解:苯得相对分子质量为78,甲苯得相对分子质量为92。以下标B代表苯。
进料中苯得摩尔分数
釜残液中苯得摩尔分数
进料平均相对分子质量
进塔原料得摩尔流量
依题意,馏出液中能回收原料中97%得苯,所以
作全塔苯得质量衡算得
作全塔总质量衡算得
将已知数据代人上述质量衡算方程得
解得
所以,
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
%(mol)
苯
7600
38
97、43
41、96
7372、6
85、60
94、52
87、52
227、8
2、0
2、92
2、35
甲苯
12400
62
134、8
58、04
1240、2
14、40
13、48
12、48
11159、4
98、0
121、3
97、65
合计
20000
100
232、2
100
8612、8
100
108
100
11387、2
100
124、2
100
习题2采用蒸发方法将浓度为10%NaOH(质量浓度)及10%NaCl得水溶液进行浓缩。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,分析母液得成分为:50%NaOH,2%NaCl及48%H2O。若每批处理1000kg原料液,试求每批操作中:1)获得得母液量,2)蒸发出得水分量,3)结晶出得NaCl量。
蒸发
蒸发器
原料液F1=1000kg
10%NaOH
10%NaCl
80%H2O
母液,F4kg
50%NaOH
2%NaCl
48%H2O
水蒸气,F2kg
NaCl晶体,F3kg
蒸发器
原料液F1=1000kg
10%NaOH
10%NaCl
80%H2O
母液,F4kg
50%NaOH
2%NaCl
48%H2O
解:所选择得基准为: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:
试计算得到100摩尔燃烧产物(又称烟道气)需要加入得空气得摩尔量。
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得氧气与之反应,因氧气过量25%,故需要加入得空气量为
其中
烟道气中各组分得量:
0mol23、51mol
因此,以1mol入口丙烷为基准得物料衡算结果如下
入口
出口
1
0
6、25
1、25
23、51
23、51
0
3
0
4
合计
30、78
合计
31、76
从计算结果可以瞧出,当空气加入量为29、76mol时,可产生烟道气31、76mol,所以,每产生100mol烟道气需加入得空气量为
习题4合成气组成为0、4%CH4,52、8%H2,38、3%CO,5、5%CO2,0、1%O2,与2、9%N2(体积百分数)。若用10%过量空气燃烧,设燃烧气中不含CO2,试计算燃烧气组成。
燃烧气CO
燃烧气CO2
O2
N2
燃烧
合成气CH4
H2
CO
CO2
O2
N2
空气O2
N2
解:基准:1000mol合成气,1h;
气体中含
C4+385+55=442mol;
H4×4+2×528=1072mol;
O383+2×55+1×2=495mol
理论氧量
O2=442+1072/4-495/2=462、5mol
理论空气
462、5/0、21=2202、4mol
实际空气
1、1×2202、4=2202、4mol
N2
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