合成甲醇計(jì)算題

1、.計(jì)算題1某連續(xù)精餾塔在壓強(qiáng)為101.325kPa下分離苯甲苯的混合液，已知處理量為15300kg/h原料液中苯的含量45.9%，工藝要求餾出液中苯的含量不少于94.2%，殘液中苯的含量不大于4.27%（均以質(zhì)量分率計(jì)），試求餾出液和殘液的量？解：根據(jù)全塔物料衡算方程F=P+W F*XF=P*XP+W*XW將XW =0.0427 XP =0.942 XF =0.459代入則 15300×0.459=P×0.942+W×0.427 (A) 153000=P+W (B)(A) (B)聯(lián)立方程組解得P=7082.6（kg/h） W=8217.4(kg/h)2每小時(shí)將15

2、000kg含苯40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）和甲苯40%的溶液，在連續(xù)精餾塔中進(jìn)行分離，要求殘液中含苯不高于2%，塔頂餾出液中苯的回收率為97.1%，試求餾出液和殘液的量及組成。（以物質(zhì)的量和摩爾分率表示）解：進(jìn)料組成XF =40/78/（40/78+60/92）=0.44釜?dú)堃航M成XW =2/78/（2/78+98/92）=0.0235原料液的平均相對(duì)分子量MF=0.44×78+0.56×92=85.8原料液流量F=15000/85.8=175（kmol/h）依據(jù)題意可知P* XP /F* XF =0.971 即P* XP =0.971×175×0.44=75根據(jù)

3、全塔物料衡算方程F=P+W=175 F×XF =P×XP +W×0.0235=175×0.44=77計(jì)算得W=95（kmol/h） P=80（kmol/h） XP =0.925答：餾出液為80kmol/h，餾出液含苯率為93.5%，殘液量為95kmol/h，殘液含苯率為2.35%。3氯仿和四氯化碳的混合液在一連續(xù)精餾塔中進(jìn)行分離，要求餾出液中氯仿的組成為0.95（摩爾分率），餾出液流量50kg/h，塔頂為全凝器。平均相對(duì)揮發(fā)度=1.6?；亓鞅萊=2，求：第一塊塔板下降的液體組成x1 ；精餾段各板上升蒸汽V及下降液體L。解：氯仿和四氯化碳混合液客人為是理想

4、溶液。塔頂為全凝器y1 =0.951.6x11+（1.61）x1x1+（1）x根據(jù)理論板的概念y= 0.95= x1=0.92 V=（R+1）D=（2+1）×50=150（kg/h）根據(jù)恒摩爾流的假定，各板上升的蒸汽摩爾流量相等，并非質(zhì)量流量相等，因此，需將此值轉(zhuǎn)化為摩爾值。氯仿的物質(zhì)的量 M=119.35kg/lmol 四氯化碳的物質(zhì)的量 M=153.8kg/kmol塔頂蒸汽的平均物質(zhì)的量 M=0.95×119.35+0.05×153.8=121.1（kg/kmol）150121.1 V= =1.24（kmol/h） L=RD=2×50=100（kg/

5、h）100121.1 L= =0.826（kmol/h）答：第一塊塔板下降的液體組成x1為0.92。上升蒸汽V為1.24kmol/h，下降液體L為0.826kmol/h。4在一常壓連續(xù)精餾塔中，分離苯甲苯混合液，已知原料液中含苯為25%，要求餾出液中含苯98%，釜液中含苯8.5%（均為摩爾百分率），物系的相對(duì)揮發(fā)度為=2.47。泡點(diǎn)進(jìn)料，操作回流比為5，塔頂為全凝器，泡點(diǎn)回流。試用逐板法求理論塔板數(shù)。解：相平衡關(guān)系式y(tǒng)n=xn/1+(-1)xn或xn=yn/-(-1)yn=yn/2.47-1.47yn精餾段操作線(xiàn)方程：yn+1=Rxn/（R+1）+XD/（R+1）=5xn/（5+1）+0.98

6、/（5+1） =0.8333xn+0.1633提餾段操作線(xiàn)方程：ym+1=（R+F/D）xm/（R+1） （F/D-1）XW/（R+1） =1.737xm0.0626精餾段第一塊塔板上升蒸汽組成y1=XD=0.98 下降液體組成x1=0.98/（2.471.47×0.98）=0.952精餾段第二塊塔板上升蒸汽組成y2=0.8333×0.952+0.1633=0.9567 下降液體組成x2=0.9567/（2.471.47×0.9567）=0.8994依據(jù)上述方法反復(fù)計(jì)算，即可求出y3、x3、y4、x4···,當(dāng)求出的x<0.25

7、時(shí)，該板即為加料板，再用相平衡方程與提餾段操作線(xiàn)方程反復(fù)計(jì)算，直至x0.085為止，通過(guò)計(jì)算，x8=0.2032<0.25則第8塊為加料板，x10=0.0836<0.085則理論塔板數(shù)為10塊（包括釜）。答：所需要的理論塔板數(shù)為10塊板。5用連續(xù)精餾塔分離甲醇水溶液，已知XF=0.6，XD=0.96，XW=0.03，（均為甲醇的摩爾分率），進(jìn)料為泡點(diǎn)液體，=3.74，R=1.95，塔頂為全凝器，使用逐板法求精餾段的理論塔板數(shù)。解：相平衡關(guān)系式y(tǒng)n=xn/1+（1）xn或 xn=yn/（1）yn=yn/3.742.74yn精餾段操作線(xiàn)方程：yn+1=R xn /（R+1）+XD/（R

8、+1）=1.95xn/（1.95+1）+0.96/（1.95+1） =0.661xn+0.325精餾段第一塊塔板上升蒸汽組成y1=XD=0.96 下降液體組成x1=0.96/(3.74-2.74×0.96)=0.0.8652精餾段第二塊塔板上升蒸汽組成y2=0.661×0.8652+0.325=0.8969 下降液體組成x2=0.8969/（3.74-2.74×0.8969）=0.6993精餾段第三塊塔板上升蒸汽組成y3=0.661×0.6993+0.325=0.787 下降液體組成x2=0.7872/（3.74-2.74×0.7872）=0.

9、4973由于x3=0.4973< XF=0.6，即第3塊為進(jìn)料板，精餾段有2塊理論板。答：精餾段理論塔板數(shù)為2塊。6已知某精甲醇罐內(nèi)為6m，液位計(jì)長(zhǎng)度5.5m，接班時(shí)液位13%，交班時(shí)液位是89%，試求本班精甲醇的產(chǎn)量（甲醇密度按0.7825g/cm3）。解：本班液位上漲76%，換算長(zhǎng)度為5.5×0.76=4.18（m）本班精甲醇產(chǎn)量=4.18×3.14×（6/2）2×0.7825×1000=92.4（t）答：本班精甲醇產(chǎn)量為92.4t。7已知某精甲醇回流泵出口流量為24m3/h，回流量為14 m3/h，在保持甲醇回流槽液位不變的情況下，

10、一天的甲醇產(chǎn)量是多少（甲醇密度按0.7910 g/cm3）。解：一天的甲醇產(chǎn)量=（24-14）×24×0.7910=189.84（t）答：這個(gè)班甲醇產(chǎn)量為189.84t。8某班8h內(nèi)甲醇產(chǎn)品質(zhì)量不合格而將部分甲醇采出改至粗甲醇罐1.5h，粗甲醇罐液位漲1格，精甲醇液位本班上漲65格，已知粗甲醇每格按3.76t計(jì)，精甲醇每格按1.12t計(jì)，求這個(gè)班的甲醇產(chǎn)量。解：這個(gè)班甲醇產(chǎn)量=65×1.12=72.8（t）答：這個(gè)班甲醇產(chǎn)量為72.8t。9一臺(tái)水泵的流量為10.2L/s，揚(yáng)程20m，效率銘牌標(biāo)出0.8，求此泵的軸功率。解：根據(jù)泵的有效功率公式 N效=QHg=100

11、0×10.2×9.81×10-3=2000（W）式中 Q泵的流量，m2/s； H泵的揚(yáng)程，m； 被輸送液體的密度，kg/m3； g重力加速度。離心泵有效功率與軸功率的關(guān)系為N軸=N有×100%/=2000/0.8=2.5（kW）答：此泵的軸功率為2.5kW。10用水對(duì)一離心泵進(jìn)行性能測(cè)定，實(shí)驗(yàn)測(cè)得：流量10m3/s，泵的出口壓力表讀書(shū)0.17MPa，泵入口真空表讀書(shū)160mmHg，真空表與壓力表兩側(cè)截面垂直距離為0.5m，泵效率為0.509，計(jì)算泵的軸功率。解：離心泵揚(yáng)程 H=h0+（P出P入） g =0.5+（0.17×106+160

12、5;133.3）/9.81×1000=20（m） 根據(jù)N軸=N有×100%/= QHg/ =20×（10/3600）×9.81×1000/0.509 =1.07（kW）答：此泵的軸功率為1.07kW。11今有一臺(tái)離心泵，銘牌上標(biāo)出流量為72 m3/h，揚(yáng)程為19m，總效率為0.85，電動(dòng)機(jī)功率為7kW（電機(jī)功率按軸功率的1.2倍配備），今欲利用這臺(tái)泵來(lái)輸送相對(duì)密度為1.2的某溶液，試核定該電機(jī)是否適用。解：已知Q=72 m3/h=0.02 m3/s，H=19m，=1200kg/m3，額定電機(jī)功率為7kW。依據(jù)N效=QHg輸送某溶液時(shí)的N效=0.

13、02×19×1200×9.81=4.47（kW）N軸=N有×100%/=4.47/0.85=5.26（kW）N電機(jī)=1.2×5.26=6.3Kw<7Kw（銘牌標(biāo)出）核定結(jié)果，說(shuō)明所用電機(jī)適用。12已知某合成塔進(jìn)出口氣體成分如下：（體積百分?jǐn)?shù)）CO2COH2CH4N2進(jìn)口3.23%11.18%78.36%5.67%1.56%出口3.45%7.51%80.74%6.39%1.91%求：CO的單程轉(zhuǎn)化率。解：據(jù)單程轉(zhuǎn)化率公式知CO=1CO出×（CH4出+ N2出）/ CO入×（CH4入+ N2入） ×100%則CO

14、單程轉(zhuǎn)化率=17.51×（5.67+1.56）/11.18×（6.39+1.91） ×100%=41.49%答：CO的單程轉(zhuǎn)化率為41.49%。13已知某合成塔入口氣體流量為153904 m3/h，出口氣體流量為136211 m3/h，入口氣體中CO體積百分含量為10.53%，CO2體積百分含量為3.16%；出口氣體CO體積百分含量為6.01%，CO2體積百分含量為2.96%，求：CO的單程轉(zhuǎn)化率。解：據(jù)單程轉(zhuǎn)化率公式知CO=（1V出×CO出/ CO入×V入）×100%其中：V出是出口氣體流量；V入是入口氣體流量； CO出為出口氣體中

15、CO體積百分含量； CO入為入口氣體中CO體積百分含量。則CO單程轉(zhuǎn)化率=（1136211×6.01/10.53×153904）×100%=49.49%答：CO的單程轉(zhuǎn)化率為49.49%。14.如圖所示高位油槽的水面距出水管的垂直距離保持6m不變，水管系采用內(nèi)徑68mm的鋼管，設(shè)總的壓頭損失為5.7mm，試求每小時(shí)的輸水量。 解：取水槽準(zhǔn)面為11截面，水管出口為22截面，并定為基準(zhǔn)水平面，列出系統(tǒng)的伯努利方程式：Z1+2g+P1/+H= Z1+/2g+P2/+h損已知：Z16m, Z2=0, H=0, h損=5.7m, P1=P2=0(表壓)代入上式可得：6/2g

16、5.7解得：U2=2.43(m/s)Q=0.785d2/U2=0.785×(0.068)2×2.43×3600=31.75(3/h)答：每小時(shí)得輸水量為31.75m3/h。15.如圖所示用虹吸管從高位油槽向反應(yīng)器加料，高位油槽與反應(yīng)器均通大氣。要求料液在管內(nèi)以1m/s的速度流動(dòng)，設(shè)料液在管內(nèi)流動(dòng)的能量損失為20J/kg,試求高位油槽液面應(yīng)比虹吸管出口高出多少？解：取高位油槽液面為11截面，虹吸管出口為22截面，并作為基準(zhǔn)水平面，在兩截面間列伯努利方程式：gZ1+2+P1/+W=gZ2+/2+P2/+E損式中Z1為所求，已知 Z2=0, P1=P2=0(表壓), U

17、1=0, U2=1m/s, E損20J/kg, W=0將已知代入上式可得：9.81Z11/220解得：Z12.09（m） 答：高位油槽液面應(yīng)比虹吸管出口高出2.09m。 16.如圖所示的輸水系統(tǒng)，出水管內(nèi)徑為38mm，總的壓頭損失h損=73.6/2g,試求該管線(xiàn)的流量為多少m3/h？ 解：取槽內(nèi)液面為11截面，管線(xiàn)出口處為22截面，以過(guò)22截面中心的水平面為基準(zhǔn)水平面，列出伯努利方程式：Z1+2g+P1/+H= Z2+/2g+P2/+h損已知：Z2=0, Z1=18-3=15m, U1=0, P1=P2=0=(表壓), d2=0.038m, h損=73.6/2g代入上式得：2gZ1/74=2&

18、#215;9.81×15/74.6=2(m/s)則Q0.785d2U×3600=0.785×0.03822×2×3600=8.16(3/h) 答：該管線(xiàn)的流量為8.163/h。 17.空氣可認(rèn)為由21的氧氣和79的氮?dú)饨M成（體積分率），試求標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)空氣的密度。 解：y1=0.21, y2=0.79, M1=32×10-3kg/mol, M2=28×10-3kg/mol, M均=Miyi=32×10-3×0.21+28×10-328×0.79=28.84×10-3kg/mol

19、在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下：P=101.3kPa, T=273Km=PM均/RT=101.3×103×28.84×10-3/(8.314×273)=1.26(kg/m3)在P=250kPa ，T=353Km=250×103×28.84×10-3/(8.314×353)=1.26(kg/m3) 答：在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)空氣的密度時(shí)1.26kg/m3。18.已知某氣體的體積組成為18氮?dú)猓?4氫氣和28二氧化碳，試求100m3的混合氣體在溫度300K和壓強(qiáng)5MPa下的質(zhì)量。解：已知：M1=28, M2=2, M3=44, y1=0.18,

20、y1=0.54, y3=0.28Mm=28×0.18+2×0.54+44×0.28=18.44 kg/kmol=18.44×10-3 (kg/mol)P=5×106Pa, T=300K, R=8.314(J/mol·K)m=PMm/RT=5×106×18.44×10-3/(8.314×300)=36.97(kg/m3)m=Vm=100×36.97=3697(kg)答：100m3的混合氣體在溫度300K和壓強(qiáng)5MPa下的質(zhì)量為3697kg。 19.在一108×4mm的鋼管中輸送

21、壓力為202.66kPa（絕對(duì)），溫度為1000C的空氣。已知空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量為6503/h。試求空氣在管內(nèi)的流速。解： 根據(jù)題意應(yīng)將空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量換算為操作狀態(tài)下的流量。又因?yàn)閴毫Σ桓?，故可用理想氣體狀態(tài)方程式進(jìn)行計(jì)算。體積流量：V=V0(T/T0)(P0/P)=650×(373/273)×(101.33/202.66)=4443/h=0.123(3/h)u=V/A=0.123/(0.785×0.12)=15.7(m/s) 答：空氣在管內(nèi)的流速為15.7 m/s。 20.有一管式換熱器，其換熱面積為10m2，今實(shí)測(cè)得冷流體得流量為0.72kg/

22、s，進(jìn)口溫度為308K，出口溫度為348K，熱流體得進(jìn)口溫度為383K，出口溫度為348K，并已知冷流體平均比熱為2.18LkJ/(kg·K),冷熱流體為逆流流動(dòng)，試計(jì)算該換熱器得傳熱系數(shù)。 解： 根據(jù)冷熱流體數(shù)據(jù)W冷、C冷、 t2、t1計(jì)算其熱負(fù)荷：q= W冷C冷(t2-t1)=4.18×0.72×(348-308)=120(kW)計(jì)算兩流體的tm T 383K 308K t 348K 308K tm 35K 40K因t大/t小<2 故tm=(40+35)/2=37.5(K) K= q/(Atm)=120400/(10×37.5)=321W/(m

23、2·k) 答：該換熱器得傳熱系數(shù)321W/(m2·K)。 21.現(xiàn)有一臺(tái)列管式換熱器，有3400根mm×2.5mm的無(wú)縫鋼管組成，管長(zhǎng)6m，用作某車(chē)間的冷凝器，管內(nèi)走比熱4.2kJ/（kg·K）的某溶液，流量為258 kg/s，進(jìn)口溫度為330K，出口溫度為310K，管外為冷卻水，進(jìn)口溫度為285K，出口溫度為300K，設(shè)已知換熱器的總傳熱系數(shù)K675 W/(m2·K)，試問(wèn)該換熱器能否適用？ 解： 計(jì)算熱負(fù)荷：q= W熱C熱t(yī)258×4.2×（330310）21672（k W）假定采用逆流方式，計(jì)算tm： 溶 液 T 33

24、0K 310K 冷卻水t 300K 285K t 30K 25K因t大/t小<2 tm（t大t?。?2=(30+25)/2=27.5(K)計(jì)算傳熱面積A算：A算q/( Ktm)=21672×10-3/（657×27.5）1200m2以20的安全系數(shù)考慮：A1.2×12001440（m2）計(jì)算出現(xiàn)有的換熱器的換熱面積： A=ndl3400×3.14×0.0255×61442（m2）答：現(xiàn)有換熱器可滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，能適用。 22.連續(xù)精餾塔分離苯甲苯混合液，進(jìn)料量為116.6kmol/h,泡點(diǎn)進(jìn)料，塔頂產(chǎn)品為51.0 kmol/h，回

25、流比為3.5，加熱蒸汽絕壓為200kPa，再沸器熱損失為1.5×106kJ/h，塔頂采用全凝器，泡點(diǎn)回流，冷卻水進(jìn)、出口溫度分別為250C和350C，全凝器熱損失忽略不計(jì)，已知甲苯的汽化潛熱為360kJ/kg,苯的汽化潛熱為390 kJ/kg，求再沸器的熱負(fù)荷。（絕壓為200 kPa的蒸汽和汽化潛熱為2204.6 kJ/kg）解：已知：F=116.6kmol/h，D=51.0kmol/h V=(R+1)D=（3.51）×51.0229.5 (kmol/h) 泡點(diǎn)進(jìn)料 q=1 V=V229.5kmol/h再沸器的熱負(fù)荷： QB=V(IV-IW)+QL塔釜液幾乎為純甲苯，所以I

26、V-IW可取為純甲苯的汽化潛熱，即 IV-IW360×9233120 (kJ/kmol) QB=229.5×33120+1.5×106=9.1×106(kJ/h)答：再沸器的熱負(fù)荷為9.1×106kJ/h。 23.某連續(xù)精餾塔在壓強(qiáng)為101.3kPa下分離苯甲苯的混合液，已知處理量為15300 kJ/h，原料液中苯含量為45.9，工藝要求餾出液中苯的含量不小于94.2，殘液中苯的含量不大于4.27（以上均以質(zhì)量分率計(jì)），試求餾出液和殘液的量。解：根據(jù)全塔物料衡算可得： F=P+W F·XF=PXP+WXW已知XF=0.459，XW=0

27、.0427, F=15300 kJ/h代入上兩式可得：P+W15300 0.492P0.0427W=15300×0.459解兩聯(lián)立方程組得： P=7082.6 （kJ/h） W8217.4（kJ/h）答：該塔得餾出液量和殘液量分別是7082.6kJ/h 、W8217.4kJ/h。24.有一日產(chǎn)4t氨得原料天然氣流量為235003/h，含硫30ppm（體積）。氧化鋅脫硫劑得硫容量按18計(jì)算，堆積重度1100kg/m3，現(xiàn)裝填脫硫劑56.6 m3，預(yù)計(jì)可用多少時(shí)間？空速是多少？（按一年8000小時(shí)計(jì)）解：總硫量為：23500×8000×（32÷100）

28、15;（32÷22.4）8060（kg）56.6 m3脫硫劑可以吸收得總硫量為：56.6×1100×0.1811210（kg）使用期限：11210÷80001.4年 空速：23500÷56.6410(h) 答：脫硫劑可使用時(shí)間為1.4年，空速為410h。25.今有一水泵，欲將冷水池中的水輸送至冷卻器作冷卻劑，水溫為200C,每小時(shí)輸送量為72t，流速為1.5m/s,試確定輸水管徑應(yīng)為多少？解：Vm/=72×1000÷(1000×3600)=0.02(3/h)由Vu·0.785d2解得：0.021.5×0.785×3.14 d2 d=0.13(m)答：輸水管得管徑應(yīng)為0.13m26.一水泵得吸入管管徑為108×4mm，出口管管徑為76×2.5mm，水在吸入管中得流速為1.5 m/s,試求水在出口管得流速。解：已知：d