乙烯裝置操作工計算題

1、1,用25c的水將物料2000kg/h在一換熱器內由80c冷卻到40C,水出換熱器溫度為35C,問每小時需要多少噸水？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,如果每小時要處理100噸水蒸氣時，問需要20c水多少噸？(設出口冷流體溫度為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。若設備的熱損失集中于飽和蒸汽一側，估計為Q冷的8%,試求熱負荷及蒸汽用量。(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：熱負荷為112.22KW,蒸汽用量為0.05kg/s

4、。5,有一蒸汽管道長100m,管道外徑為170mm外面包著一層保溫灰，其厚度為60mm導熱系數(shù)為0.0697J/s.m.k,保溫層內表面溫度為563K,外表溫度為323K,求單位時間蒸汽管道上的熱損失解：丫內=0.085m,丫外=0,145m,L=100m,12=563K,3=323K,入=0.0697J/S.m.k因為T內/T外2再確認計算過程中公式、單位再確認，A均可取算術平均值A均=(A內十A外)/2=無(丫內+丫外)=3.14X(0.085+0.145)X100=72.22mQ=入A均(12-11)/(丫外-丫內)=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熱系數(shù)隨溫度的變化關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1000千克的加料量進入精儲塔，要求塔頂產出90叱醇，塔釜出來的殘液中含乙醇小于10%試計算每小時產量和殘液量。解：F=W+D=1000F總乙醇量=Fx進料濃度=WX產品濃度十DX殘液濃度1000X0.6=DX0.9+WX0.1=DX0.9+(1000-D)X0.1D=625kgW=375kg答：每小時產量625噸，每小時殘液量375噸。8.每小時將15000kg含苯40噴口

7、甲苯60%勺溶液，在連續(xù)精儲塔中進行分離，要求釜殘液中含苯不高于2%(以上均為質量百分率)，塔頂儲出液的回流率為97.1%。試求儲出液和釜殘液的流量及組成，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：儲出液的流量為80kmol/h,釜殘液的流量為95kmol/h,儲出液易揮發(fā)組分的摩爾分率為0.9359.某塔進料量為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：濃縮前溶質的質量應該等于濃縮后溶質的質量與損失的質量之和設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氣和氨的混合物，兩容器間有長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每個容器中的氣體濃度都是均勻的。連通管很小，擴散很慢，可以認為在一定的時間內Pai,P

10、A2不變化。整個系統(tǒng)保持恒定的總壓P=1.0132X105Pa和溫度T=298K,擴散系數(shù)D=0.23X10-4Pao整個系統(tǒng)可以看成等摩爾反向擴散。求NH和M的傳質通量與擴散通量。解：等摩爾反向分子擴散模型的傳質公式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的傳質通量為4.70X10-7kmol/m2s,NH的擴散通量都為4.70X10-7kmol/m2s,

11、N2的擴散通量為-4.70X10-7kmol/m2s。>12 .如圖所示，直立小管中盛有一些水，小管與空氣導管相連，空氣平穩(wěn)地流一|r過小管口。由于擴散很慢，可認為空氣流經小管口前后，水蒸汽壓不變，保持pA2=1000Pa,且導管中蒸汽分布均勻；小管與左端一較大容器相連通，在一定時間范圍內，可認為小管中的液面保持恒定。該擴散可以Q1：看作是通過停滯的組分層的穩(wěn)定分子擴散。如水及空氣均25C,這時水蒸汽在空氣中的擴散系數(shù)為0.256cm2/s,系統(tǒng)總壓為3X104Pa,求水蒸汽的傳質通量。(25C時水蒸汽的飽和蒸汽壓為3168Pa)i解：通過停滯的組分層的穩(wěn)定分子擴散模型傳質公式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：水蒸汽的傳質通量為2.4x10-7kmol/m2s。13 .如圖所示，

13、左右兩個大容器內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0.61m,內徑24.4mm系統(tǒng)的溫度為25,壓強為101.3kPa。左側容器內NH3口飛曾的分壓為20kPa,右側容器內NH的分壓為6.67kPa。已知在25c、101.3kPa的條件下NHN的擴散系數(shù)為2.30Xl0-5m/s試求單位時間內自容器1向容器2傳遞的NH的量，kmol/s。解：根據(jù)等摩爾反向分子擴散模型的傳質公式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單位時間由截面?zhèn)鬟f的NH量為NA=2.03X10-7X4.68X10-4=9.05X10-11kmol/s答：單位時間內自容器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。CO在空氣中20c時的擴散系數(shù)D為0.18cm2/s。問CO的擴散速率是多少？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，進料中惰性氣體流量為70kmol.h已知此吸收過程的傳質單元數(shù)為6.89,氣體總體積傳質系數(shù)Kya為2.5*10-2kmol.s-1.m3,塔徑為1m求此過程的傳質單元高度及塔高。解：由HOG=V/KYaQ得HOG=70/(3600X2.5X10-2X12X無/4)=0.991m塔高為h=NOGXHOG=6.89X0.991=6.83m答：此過程的傳質單元高度為0.991m,塔高為6.83m。16 .乙烷裂解制取乙烯，投入反應器的乙烷量為5000kg/h,裂解氣中含未

17、反應的乙烷量為1000kg/h,求乙烷的轉化率。解：乙烷的轉化率=(5000-1000)/5000X100%=80%答：乙烷的轉化率為80%17 .裂解溫度為827C,進裂解爐的原料氣組成為(V):GH99.3,GH0.5,CH0.2。裂解產物組成為%(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,求乙烷單程轉化率。解：設進裂解爐的原料氣為100單位，原料氣中乙烷為99.3,體積增大率為1.54,則裂解產物為154單位，剩余乙烷為154X0.267,可求乙烷單程轉化率為：乙烷單程轉化率=(99.3

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

19、全部返回裂解，計算乙烯收率，乙烯總質量收率。解：乙烯收率=4.5/10X100%=45%總質量收率=4.5/(10X60%)X100%=75%答：乙烯收率45%,總質量收率75%。20 .由乙烯制取二氯乙烷。反應式為CH+CL-CHCLCHCL,已知統(tǒng)入反應器的乙烯量為600kg/h,乙烯含量為92%(質量百分數(shù))，反應后得到二氯乙烷量為1700kg/h,并測得尾氣中乙烯量為40kg/ho求乙烯的轉化率，二氯乙烷的產率和收率。解：乙烯的轉化率=(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：乙烯的轉化率為92.75%,二氯乙烷的產率為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，一天的產品量如下：乙烯867噸，丙烯441噸，求該裝置當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)精儲操作中，泡點進料精儲段操作線方程如下：y=0.723x+0.263,試求操作回流比。解：因泡點進料時，q=1,精儲段操作線方程為：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，單程轉化率為60%乙烯產量為46.4kg/h,分離后將未反應的乙烷全部返回進行裂解，求：乙烯收率，乙烯總收率，乙烯總質量收率。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/新鮮乙烷補充量x100%=49.71/60X100%=82.85%4 .乙烯總質量收率=生成乙烯量/新鮮乙烷補充量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，反應器中裝有催化劑溶液25m,

23、通入反應器的乙烯量為6945.7kg/h,在溫度為393403K和壓力在290340Kpa下進行操作。反應后得到產品乙醛量為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=原料乙烯轉化率=(6945.74522.5)/6945.7X100%=34.89%4

24、 .催化劑的生產能力=生產的乙醛量/(催化劑容積X時間)=3747/25=149.88kg/m3h答：催化劑的活性、選擇性和生產能力分別為34.89%、98.40%、149.88kg/m3h25 .某連續(xù)精儲操作中，泡點進料操作線方程如下：精儲段丫=0.723X+0.263,提儲段丫=1.25X-0.0187,試求儲出液及殘液組成。解：精儲段操作線方程為：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因泡點進料時，q=1,提儲段操作線方程為：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，生產乙烯產品6300噸，消耗的能源種類、數(shù)量和生產該種能源所消耗的能耗見下表，請計算該裝置處理每噸原料的能耗和生產每噸乙烯產品的能耗。能源名稱HS蒸汽MSII汽循環(huán)水氮氣儀表風電消耗數(shù)量4741t12942tt30484Nm342828Nm3kwh生產該種能源所消耗的能耗88標油/噸76kg標油/噸0.1kg標油/噸0.15kg標油/Nm30.15kg標油/Nm30.2828kg標油/kwh解：W總=WHS+WMS+W循環(huán)水+W氮氣十W儀表風十W電=4741X88+12942X76+X0.1+30484X0.15+4282