化工设计习题及答案 - 图文

列管式反应器 U型管式换热器 流化床反应器 离心式压缩机

8、下图是某管道的标注，请说明第1~6单元各表示什么意思？

第1单元（PG）为物料代号，代表工艺气体； 第2单元（13）为工程工序编号； 第3单元（10）为管道顺序号；

第4单元（300）为管道规格，代表公称直径300mm；

第5单元（A1A）为管道等级，第一个A表示管道的公称压力等级代号，1表示管道材料等级顺序号，第二个A表示管道材质类别，代号为“铸铁”；

第6单元（H）为绝热或隔声代号。

9、固定床反应器温度控制形式有哪些？画出示意图。

10、PIDCAD软件具有哪些特点？

PIDCAD软件操作简单、方便易学，适合于工程技术、设计人员及高校师生从事化工工程设计、流程图绘制时使用；结合工艺设备管理软件，可实现工厂工艺、设备信息化管理。

第三章 工艺计算

本章习题及答案：

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。

38进料中苯的摩尔分数 xFB?387862?0.4196 78?922釜残液中苯的摩尔分数 xWB?278?0.02351 78?9892进料平均相对分子质量 M?0.419?67?8?(10.4?196?)9 286.13进塔原料的摩尔流量 F?200086.13?232.2kmol/h 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 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，x94.51DB?D?94.51108?0.8752 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)

7600 38 苯

甲苯 12400 62 合计 20000 100 97.43 134.8 232.2 41.96 58.04 100 7372.6 85.60 1240.2 14.40 8612.8 100 94.52 13.48 108 87.52 12.48 100 227.8 2.0 11159.4 98.0 11387.2 100 2.92 121.3 124.2 2.35 97.65 100

习题2 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。 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?29.76mol 其中 O26.25mol,N223.51mol 0.21烟道气中各组分的量：

C3H8 0 mol N2 23.51 mol

CO2 3?1?3 O2 6.25?5?1.25mol molH2O 4?1?4 mol因此，以1mol入口丙烷为基准的物料衡算结果如下 入口 出口 1 6.25 23.51 0 0 30.78 0 1.25 23.51 3 4 31.76 C3H8 O2 N2 CO2 H2O 合计 C3H8 O2 N2 CO2 H2O 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?93.7mol

31.76

习题3天然气蒸汽转化法制造合成氨原料气的示意流程图

天然气x kmol 空气ykmol 一段 蒸汽 二段 转化炉 CO 变换 CO2 脱除 转化炉 甲烷化 合成氨 原料气 CO2 转化炉内进行烃类蒸汽转化反应，以甲烷为例，烃类蒸汽转化的反应方程式为

CH4+H2O→CO+3H2

天然气经一段转化炉转化后继续进入二段转化炉反应，在一段转化炉出口添加空气以配合合成氨原料气中所需的氮气，同时，一段转化气中的一部分氢气遇O2燃烧供给系统热量。二段转化后再经一氧化碳变换工序使混合气中的CO大部分转化为CO2和H2，CO转化为CO2和H2的方程式为CO+H2O→CO2+3H2，变换后的气体进入脱除CO2工序脱除CO2，再经甲烷化工序除去残存的微量CO和CO2后作为合成氨合格原料气。 已知某厂天然气的组成为：

组分 %(mol)

CH4 83.20

C2H6 10.00

C3H8 5.16

C4H10(正) 0.69

C4H10(异) 0.50

C5H12(正) 0.06

C5H12(异) 0.05

N2 0.33

CO2 0.01

合计 100

要求合成氨原料气的组成为：

组分 %(mol)

H2 73.97

N2 24.64

Ar 0.31

CH4 1.08

合计 100

计算天然气的用量和空气的用量。

解：以100 kmol合成氨原料气为计算基准。 设天然气用量为xkmol，添加空气量为ykmol。 （1）作系统N2平衡

因为在天然气蒸汽转化法制造合成氨原料气过程中，N2没有参加反应，它的数量在反应器的进口、出口物料中没有变化，作系统N2平衡得

0.0033x + 0.79y =24.64 (A) (2)作系统氢平衡

甲烷转化制H2的计量关系推导如下：

垐?甲烷蒸汽转化反应过程 CH4+H2O噲?CO+3H2 垐?CO变换反应过程 CO+H2O噲?CO2+3H2 垐?总过程 CH4+2H2O噲?CO2+4H2

用同样的方法可推导出烃类蒸汽转化制H2的计量关系通式为