乙烯裝置操作工計(jì)算題

1、1,用25c的水將物料2000kg/h在一換熱器內(nèi)由80c冷卻到40C,水出換熱器溫度為35C,問每小時(shí)需要多少噸水？物料比.水35XJ迸料刖七出料4NC換熱器一熱容為0.4kcal/(kg)。解：物料放出熱量0物=2000X(80-40)X0.4=32000kcal/hW水=32000/(35-25)X1水空PT=3200kg/h答：每小時(shí)需要25c的水3.2噸。2.某換熱器，用20c水冷凝冷卻100c水蒸汽至50C,如果每小時(shí)要處理100噸水蒸氣時(shí)，問需要20c水多少噸？(設(shè)出口冷流體溫度為40C;水的比熱為4.2kJ/kg;水的潛熱為2258.4kJ/kg)解：蒸汽冷凝降溫至50c水時(shí)放

2、出的熱量=汽化潛熱十冷卻放熱0汽=100X1000X(80-40)X2258.4+4.2X(100-50)=kJ/hW水=2000/(40-20)X4.2=kg/h答：每小時(shí)需要20c的水約2939噸。3,將0.5kg/s、80c的硝基苯通過一換熱器，用冷卻水將其冷卻到40C。冷卻水初溫為30C,終溫不超過35C。試求該換熱器的熱負(fù)荷及冷卻水用量。硝基苯的比熱為1.6kJ/kgC,水的比熱為4.19kJ/kgC。解：Q物=0.5kg/sx1.6kJ/kgCx(80-40)C=32KWW水=32/(35-30)X4,19=1.53kg/s答：換熱器的熱負(fù)荷是32k皿需要冷卻水量1.53kg/s。

3、4,某換熱器中用120kPa的飽和水蒸汽加熱苯。苯的流量為5ml/h,從20c被加熱到70C。若設(shè)備的熱損失集中于飽和蒸汽一側(cè)，估計(jì)為Q冷的8%,試求熱負(fù)荷及蒸汽用量。(苯的比熱為1.75kJ/(kgC),密度為855kg/m3。120kPa飽和水蒸汽潛熱為2246.8kJ/kg)解：由于熱損失CT集中于熱流體一方，所以熱負(fù)荷為Q冷。Q冷=5m3/3600sx855kg/m3x1.75kJ/kgx(70-20)C=103.91KWQ熱=103.91X108%=112.22KWW汽=112.22KW/2246.8kJ/kg=0.05kg/s答：熱負(fù)荷為112.22KW,蒸汽用量為0.05kg/s

4、。5,有一蒸汽管道長(zhǎng)100m,管道外徑為170mm外面包著一層保溫灰，其厚度為60mm導(dǎo)熱系數(shù)為0.0697J/s.m.k,保溫層內(nèi)表面溫度為563K,外表溫度為323K,求單位時(shí)間蒸汽管道上的熱損失解：丫內(nèi)=0.085m,丫外=0,145m,L=100m,12=563K,3=323K,入=0.0697J/S.m.k因?yàn)門內(nèi)/T外2再確認(rèn)計(jì)算過程中公式、單位再確認(rèn)，A均可取算術(shù)平均值A(chǔ)均=(A內(nèi)十A外)/2=無(wú)(丫內(nèi)+丫外)=3.14X(0.085+0.145)X100=72.22mQ=入A均(12-11)/(丫外-丫內(nèi))=0.0697X72.22X(563-323)/(0.1450,085)

5、=201KJ/s答：管道上的熱損失為201kJ/S6.為了減少熱損失和保證安全工作條件，在外徑為159mm的蒸汽管道上包裹保溫層。蒸汽管道外壁的溫度為300C,保溫材料入=0.0651+0.t。其中，入的單位為W/m.K;t為C為水泥珍珠巖制品，水泥珍珠巖制品的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化關(guān)系為要求包裹保溫層后外壁的溫度不超過50C,并要求將每米長(zhǎng)度上的熱損失控制在300W/m則保溫層的厚度為多少?解：保溫層平均工作溫度為t=(300+50)/2=175C入=0.0651+0.X175=0.0835W/m.KQ=qA=27tL入(t1-t2)/ln(r2/r1)ln(r2/0.0795)=27tL入(

6、t1-t2)/Q=2X3.14X1X0.0835X(300-50)/300r2=0.123m保溫層的厚度=0.123-0.0795=0.0435m答：保溫層的厚度為43.5毫米7.如圖中含有60%俚量)乙醇的溶液，以每小時(shí)1000千克的加料量進(jìn)入精儲(chǔ)塔，要求塔頂產(chǎn)出90叱醇，塔釜出來(lái)的殘液中含乙醇小于10%試計(jì)算每小時(shí)產(chǎn)量和殘液量。解：F=W+D=1000F總乙醇量=Fx進(jìn)料濃度=WX產(chǎn)品濃度十DX殘液濃度1000X0.6=DX0.9+WX0.1=DX0.9+(1000-D)X0.1D=625kgW=375kg答：每小時(shí)產(chǎn)量625噸，每小時(shí)殘液量375噸。8.每小時(shí)將15000kg含苯40噴口

7、甲苯60%勺溶液，在連續(xù)精儲(chǔ)塔中進(jìn)行分離，要求釜?dú)堃褐泻讲桓哂?%(以上均為質(zhì)量百分率)，塔頂儲(chǔ)出液的回流率為97.1%。試求儲(chǔ)出液和釜?dú)堃旱牧髁考敖M成，以千摩爾流量及摩爾分率表示。(苯的分子量為78;甲苯的分子量為92)解：1.40/78進(jìn)料組成Xf=0.4440/78+98/922/78釜液組成Xw=0.02352/78+98/922 .原料液的平均分子量為：Mf=0.44X78+0.56X92=85.8kg/kmol進(jìn)料量F=15000/85.8=175kmol/h3 .DXD/FXf=0.971DXD=0.971X175X0.444 .全塔總物料衡算為：D+W=175全塔苯的衡算為：

8、DXD+0.0235W=175X0.445 .聯(lián)立以上三式解得：W=95kmol/hD=80kmol/hXD=0.935答：儲(chǔ)出液的流量為80kmol/h,釜?dú)堃旱牧髁繛?5kmol/h,儲(chǔ)出液易揮發(fā)組分的摩爾分率為0.9359.某塔進(jìn)料量為4500kg/h,苯含量為20%,要求塔頂含苯90%,塔釜含苯0.5%,則塔頂、塔釜采出應(yīng)為多少?解：已知F=4500kg/h,XF=0.2,XD=0.9,XW=0.005由F=D+W得4500=D+W由FXf=DXd+WXW即4500X0.2=0.9D+0.005W聯(lián)立兩式得W=3520kg/hD=980kg/h答：塔頂采出量3520kg/h,塔釜采出量

9、980kg/h。10.某廠有濃度為10%俚量)的鹽水50噸。用蒸發(fā)的方法使鹽水濃縮到濃度為50%濃縮過程原料損失為1%試作濃縮過程的物料平衡。答：濃縮前溶質(zhì)的質(zhì)量應(yīng)該等于濃縮后溶質(zhì)的質(zhì)量與損失的質(zhì)量之和設(shè)濃縮后鹽水的重量為x噸50X0.1=50X0.1X0.01+0.5XX=9.9噸答：濃縮后的鹽水重9.9噸。PAIILIPA211 .如圖，左右兩容器中都盛有氮?dú)夂桶钡幕旌衔?，兩容器間有長(zhǎng)0.1m的連通管，在左容器中氨的分壓為Pa1=1.1013X104Pa,在右容器中氨的分壓為Pa2=0.507X104Pa每個(gè)容器中的氣體濃度都是均勻的。連通管很小，擴(kuò)散很慢，可以認(rèn)為在一定的時(shí)間內(nèi)Pai,P

10、A2不變化。整個(gè)系統(tǒng)保持恒定的總壓P=1.0132X105Pa和溫度T=298K,擴(kuò)散系數(shù)D=0.23X10-4Pao整個(gè)系統(tǒng)可以看成等摩爾反向擴(kuò)散。求NH和M的傳質(zhì)通量與擴(kuò)散通量。解：等摩爾反向分子擴(kuò)散模型的傳質(zhì)公式NA=(D/RTS)(PA1-PA2)=(1.013X104-0.507X10-4)X0.23X10-4/(8314X298X0.1)=4.70X10-7kmol/m2sJa=Na=4.70x10-7kmol/m2sJb=-ja=-4.70x10-7kmol/m2s答：NH和N2的傳質(zhì)通量為4.70X10-7kmol/m2s,NH的擴(kuò)散通量都為4.70X10-7kmol/m2s,

11、N2的擴(kuò)散通量為-4.70X10-7kmol/m2s。>12 .如圖所示，直立小管中盛有一些水，小管與空氣導(dǎo)管相連，空氣平穩(wěn)地流一|r過小管口。由于擴(kuò)散很慢，可認(rèn)為空氣流經(jīng)小管口前后，水蒸汽壓不變，保持pA2=1000Pa,且導(dǎo)管中蒸汽分布均勻；小管與左端一較大容器相連通，在一定時(shí)間范圍內(nèi)，可認(rèn)為小管中的液面保持恒定。該擴(kuò)散可以Q1：看作是通過停滯的組分層的穩(wěn)定分子擴(kuò)散。如水及空氣均25C,這時(shí)水蒸汽在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為0.256cm2/s,系統(tǒng)總壓為3X104Pa,求水蒸汽的傳質(zhì)通量。(25C時(shí)水蒸汽的飽和蒸汽壓為3168Pa)i解：通過停滯的組分層的穩(wěn)定分子擴(kuò)散模型傳質(zhì)公式NA=(D

12、/RTS)(PA1-PA2)(P/PBm)=:=.匚:二PB1=P-PA1=3X1043168=2.683X104PaPB2=P-PA2=3X104-1000=2.9X104PaPBm=(PB1+PB2)/2=(2.683+2.9)X104/2=2.7916X104P/PBm=3X104/2.7916X104=1.0747擴(kuò)散系數(shù)D=0.256x10-4m2/s,R=8314m3Pa/kmolKNA=(3168-1000)X1.0747X0.256X10-4/(8314X296X0.4)=2.4x10-7kmol/m2s答：水蒸汽的傳質(zhì)通量為2.4x10-7kmol/m2s。13 .如圖所示，

13、左右兩個(gè)大容器內(nèi)分別裝有濃度不同的NH和N兩種氣體的混合物。聯(lián)通管長(zhǎng)0.61m,內(nèi)徑24.4mm系統(tǒng)的溫度為25,壓強(qiáng)為101.3kPa。左側(cè)容器內(nèi)NH3口飛曾的分壓為20kPa,右側(cè)容器內(nèi)NH的分壓為6.67kPa。已知在25c、101.3kPa的條件下NHN的擴(kuò)散系數(shù)為2.30Xl0-5m/s試求單位時(shí)間內(nèi)自容器1向容器2傳遞的NH的量，kmol/s。解：根據(jù)等摩爾反向分子擴(kuò)散模型的傳質(zhì)公式NA=(D/RTS)(PA1-PA2)=(20-6.67)X2.30X10-5/(8314X298X0.61)=2.03X10-7kmol/m2s聯(lián)通管截面積為A=1/4dd2=3.14X0.02442

14、/4=4.68X10-4m2單位時(shí)間由截面?zhèn)鬟f的NH量為NA=2.03X10-7X4.68X10-4=9.05X10-11kmol/s答：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)自容器1向容器2傳遞的NH3的量為9.50X10-11kmol/s。14 .在20c及101.33kN/m2下，CO與空氣的混合物緩慢地沿NaCO溶液液面流過，空氣不溶于NaCO溶液。CO透過厚1mm!勺靜止空氣層擴(kuò)散到NaCQ溶液中。氣體中CO的摩爾分率為0.2。在NaCQ溶液面上，CO被迅速吸收，故相界面上CO的濃度極小，可忽略不計(jì)。CO在空氣中20c時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)D為0.18cm2/s。問CO的擴(kuò)散速率是多少？解：D=0.18cm2/s=0.m

15、2/sZ=1mm=0.001m氣相主體中溶質(zhì)CO2的分壓pA1=0.2X101.33=20.27kN/m2界面上CO的分壓pAi=0氣相主體中惰性氣體一空氣的分壓為：PB1=P-PA1=101.33-20.27=81.06kN/m2界面上空氣的分壓為pBi=101.33kN/m2空氣在氣相主體和界面上對(duì)數(shù)平均分壓PBm=(PBi-PB1)/(lnPbi/PB1)=(101.33-81.06)(ln101.33/81.06)=90.9kPaNA=(D/RTS)(PA1-PA2)(P/PBm)=0.X101.33X(20.27-0)/8.314X(273+20)X0.001X90.9=0.kmol

16、/m2s=0.6kmol/m2h答：CO2的擴(kuò)散速率是0.6kmol/m2.h。15 .用填料吸收塔逆流吸收SO,吸收劑用清水，進(jìn)料中惰性氣體流量為70kmol.h已知此吸收過程的傳質(zhì)單元數(shù)為6.89,氣體總體積傳質(zhì)系數(shù)Kya為2.5*10-2kmol.s-1.m3,塔徑為1m求此過程的傳質(zhì)單元高度及塔高。解：由HOG=V/KYaQ得HOG=70/(3600X2.5X10-2X12X無(wú)/4)=0.991m塔高為h=NOGXHOG=6.89X0.991=6.83m答：此過程的傳質(zhì)單元高度為0.991m,塔高為6.83m。16 .乙烷裂解制取乙烯，投入反應(yīng)器的乙烷量為5000kg/h,裂解氣中含未

17、反應(yīng)的乙烷量為1000kg/h,求乙烷的轉(zhuǎn)化率。解：乙烷的轉(zhuǎn)化率=(5000-1000)/5000X100%=80%答：乙烷的轉(zhuǎn)化率為80%17 .裂解溫度為827C,進(jìn)裂解爐的原料氣組成為(V):GH99.3,GH0.5,CH0.2。裂解產(chǎn)物組成為%(V):H235.2,C2H433.1,C40.2,CH43.6，C2H626.7，C50.3，C2H20.2,C30.6。體積增大率為1.54,求乙烷單程轉(zhuǎn)化率。解：設(shè)進(jìn)裂解爐的原料氣為100單位，原料氣中乙烷為99.3,體積增大率為1.54,則裂解產(chǎn)物為154單位，剩余乙烷為154X0.267,可求乙烷單程轉(zhuǎn)化率為：乙烷單程轉(zhuǎn)化率=(99.3

18、154X0.267)/99.3X100%=58%答：乙烷單程轉(zhuǎn)化率為58%18 .投入5000kg/h的乙烷進(jìn)行裂解反應(yīng)，參加反應(yīng)的乙烷為3000kg/h,實(shí)際得到的乙烯產(chǎn)品為1980kg/h,求：乙烯的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率。解：乙烯車t化率=(3000/5000)X100%=60%C2H6=C2H4+H230/X=28/1980求得生成目的產(chǎn)物所消耗的原料量為X=2121kg/h則乙烯產(chǎn)率=2121/3000X100%=70.7%答：乙烯轉(zhuǎn)化率為60%,乙烯產(chǎn)率為70.7%。19 .某乙烷爐進(jìn)料量為10噸/小時(shí)(純度為100%),裂解單程轉(zhuǎn)化率為60%,乙烯產(chǎn)量為4.5噸/小時(shí)，分離后將未反應(yīng)的乙烷

19、全部返回裂解，計(jì)算乙烯收率，乙烯總質(zhì)量收率。解：乙烯收率=4.5/10X100%=45%總質(zhì)量收率=4.5/(10X60%)X100%=75%答：乙烯收率45%,總質(zhì)量收率75%。20 .由乙烯制取二氯乙烷。反應(yīng)式為CH+CL-CHCLCHCL,已知統(tǒng)入反應(yīng)器的乙烯量為600kg/h,乙烯含量為92%(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))，反應(yīng)后得到二氯乙烷量為1700kg/h,并測(cè)得尾氣中乙烯量為40kg/ho求乙烯的轉(zhuǎn)化率，二氯乙烷的產(chǎn)率和收率。解：乙烯的轉(zhuǎn)化率=(600X0.92-40)/(600X0.92)X100%=92.75%CL2+C2H4fCH2CLCH2CL28/X=99/1700求得生成1700k

20、g/h二氯乙烷所消耗的乙烯量為X=480.81kg/h則二氯乙烷產(chǎn)率=480.81/(600X0.92-40)X100%=93.91%二氯乙烷的收率=480.81/(600X0.92)X100%=87.1%答：乙烯的轉(zhuǎn)化率為92.75%,二氯乙烷的產(chǎn)率為93.91%,收率為87.1%。21 .某乙烯裝置一天的原料投入量如下：柴油965噸，石腦油706噸，輕石腦油1073噸，一天的產(chǎn)品量如下：乙烯867噸，丙烯441噸，求該裝置當(dāng)天的乙烯收率和雙烯收率。解：原料總投入量=965+706+1073=2744噸乙烯收率=867/2744X100%=31.6%雙烯收率=(867+441)/2744X1

21、00%=47.67%答：該裝置當(dāng)天的乙烯收率和雙烯收率分別為31.6%和47.67%。22 .某連續(xù)精儲(chǔ)操作中，泡點(diǎn)進(jìn)料精儲(chǔ)段操作線方程如下：y=0.723x+0.263,試求操作回流比。解：因泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，q=1,精儲(chǔ)段操作線方程為：yn+1=(R/R+1)xn十(1/R+1)xD則有R/(R+1)=0.723解彳導(dǎo)R=2.61答：操作的回流比為2.61o23 .投入乙烷爐100kg/h純度為100%勺乙烷，單程轉(zhuǎn)化率為60%乙烯產(chǎn)量為46.4kg/h,分離后將未反應(yīng)的乙烷全部返回進(jìn)行裂解，求：乙烯收率，乙烯總收率，乙烯總質(zhì)量收率。解：1.根據(jù)：C2H6-C2H4+H2生成乙烯需消耗的乙烷量=

22、乙烯量X乙烷摩爾克數(shù)/乙烯摩爾克數(shù)=46.4X30/28=49.71kg/h新鮮乙烷補(bǔ)充量=投入乙烷量-循環(huán)返回乙烷量=100(100100X60%)=60kg/h2 .乙烯收率=生成乙烯需消耗的乙烷量/投入乙烷量X100%=49.71%3 .乙烯總收率=生成乙烯需消耗的乙烷量/新鮮乙烷補(bǔ)充量x100%=49.71/60X100%=82.85%4 .乙烯總質(zhì)量收率=生成乙烯量/新鮮乙烷補(bǔ)充量X100%=46.4/60X100%=77.33%答：乙烯收率為49.71%,乙烯總收率為82.85%,乙烯總質(zhì)量收率為77.33%。24.在一套乙烯液相氧化制取乙醛的裝置中，反應(yīng)器中裝有催化劑溶液25m,

23、通入反應(yīng)器的乙烯量為6945.7kg/h,在溫度為393403K和壓力在290340Kpa下進(jìn)行操作。反應(yīng)后得到產(chǎn)品乙醛量為3747kg/h,尾氣中含乙烯量為4525.5kg/h,問催化劑的性能(催化劑的活性和選擇性)和生產(chǎn)能力如何？解：1.根據(jù)：O2+2c2H4f2CH3CHO生成乙醛需消耗的乙烯量=乙醛量x乙烯摩爾克數(shù)/乙醛摩爾克數(shù)=3747X28/44=2384.45kg/h2 .選擇性=生成乙醛消耗的乙烯量/乙烯總的消耗量=2384.5/(6945.7-4522.5)X100%=98.40%3 .活性=原料乙烯轉(zhuǎn)化率=(6945.74522.5)/6945.7X100%=34.89%4

24、 .催化劑的生產(chǎn)能力=生產(chǎn)的乙醛量/(催化劑容積X時(shí)間)=3747/25=149.88kg/m3h答：催化劑的活性、選擇性和生產(chǎn)能力分別為34.89%、98.40%、149.88kg/m3h25 .某連續(xù)精儲(chǔ)操作中，泡點(diǎn)進(jìn)料操作線方程如下：精儲(chǔ)段丫=0.723X+0.263,提儲(chǔ)段丫=1.25X-0.0187,試求儲(chǔ)出液及殘液組成。解：精儲(chǔ)段操作線方程為：yn+1=(R/R+1)xn十(1/R+1)xD則有R/(R+1)=0.7231/(R+1)=0.263解得R=2.61,xD=0.949因泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，q=1,提儲(chǔ)段操作線方程為：y=R+(F/D)/R+1x-(F/D)-1/R+1xW則有R

25、+(F/D)/(R+1)=1.25,(F/D)-1/(R+1)xW=0.0187解得，xW=0.075答：儲(chǔ)出液及殘液組成分別為0.949、0.075o26 .某裝置4月份處理原料25200噸，生產(chǎn)乙烯產(chǎn)品6300噸，消耗的能源種類、數(shù)量和生產(chǎn)該種能源所消耗的能耗見下表，請(qǐng)計(jì)算該裝置處理每噸原料的能耗和生產(chǎn)每噸乙烯產(chǎn)品的能耗。能源名稱HS蒸汽MSII汽循環(huán)水氮?dú)鈨x表風(fēng)電消耗數(shù)量4741t12942tt30484Nm342828Nm3kwh生產(chǎn)該種能源所消耗的能耗88標(biāo)油/噸76kg標(biāo)油/噸0.1kg標(biāo)油/噸0.15kg標(biāo)油/Nm30.15kg標(biāo)油/Nm30.2828kg標(biāo)油/kwh解：W總=WHS+WMS+W循環(huán)水+W氮?dú)馐甒儀表風(fēng)十W電=4741X88+12942X76+X0.1+30484X0.15+4282