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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)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。
D, xD F, xF W, xW
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。
38进料中苯的摩尔分数 xFB?78?0.4196
3862?78922釜残液中苯的摩尔分数 xWB?78?0.02351
298?7892进料平均相对分子质量 M?0.4196?78?(1?0.4196)?92?86.13 进塔原料的摩尔流量 F?2000?232.2kmol/h 86.13依题意，馏出液中能回收原料中97%的苯，所以
DxDB?97.43?0.97?94.51kmol/h
作全塔苯的质量衡算得 FxFB?DxDB?WxWB
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作全塔总质量衡算得 F?W?D 将已知数据代人上述质量衡算方程得 232.2?0.4196?94.51?0.02351 232.2?W?D
解得 W?124.2kmol/h,D?108kmol/h 所以，xDB?组塔进料 kmol/%(moh l) 7372.6 甲1240苯 0 合2000100 计 0
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。
232.2 100 62 134.8 58.04 1240.2 8612.8 kg/h 94.5194.51??0.8752 D108塔顶馏出物 %(wt) 85.60 14.40 100 108 100 13.48 12.48 11159.98.0 4 11387.2 100 124.2 100 121.3 97.65 kmol/%(moh l) 227.8 kg/h 釜残液 %(wt) 2.0 kmol/%(moh 2.92 l) 2.35 分 kg/h %(wt) 苯 7600 38 97.43 41.96 94.52 87.52 * *
水蒸气，F2 kg
原料液 F1=1000kg 10%NaOH 10%NaCl 80%H2O
蒸发器 母液,F4 kg 50%NaOH 2%NaCl 48%H2O
NaCl晶体,F3 kg 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： C3H8?5O2?3CO2?4H2O
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。
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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
1.25?5?29.76molO6.25mol,N223.51mol0.21 其中 2
烟道气中各组分的量：
C3H8 0 mol N2 23.51 mol CO2 3?1?3mol O2 6.25?5?1.25mol H2O 4?1?4mol
因此，以1mol入口丙烷为基准的物料衡算结果如下
入口 C3H8 O2 N2 CO2 H2O 出口 C3H8 O2 N2 CO2 H2O 1 6.25 23.51 0 0 30.78 0 1.25 23.51 3 4 31.76 合计 合计 从计算结果可以看出，当空气加入量为29.76mol时，可产生烟道气31.76mol，所以，每产生100mol烟道气需加入的空气量为
100?29.76?93.7mol31.76
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习题4 合成气组成为0.4%CH4，52.8%H2，38.3%CO，5.5%CO2,0.1%O2，和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。
合成气 CH4 H2 CO CO2 O2 N2
燃烧气 CO2 O2 N2
燃 烧
空气 O2 N2 解：基准：1000mol合成气，1h； 气体中含
C 4+385+55=442mol； H 4×4+2×528=1072mol； O 383+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 0.79×2422.6=1914mol O2 0.21×2422.6=508.8mol
化工设计知识题及解答第三章
