第一章 物料能量平衡

1、1-1 B B答案正确。 在化学反应的体系中，进入体系中的物料（除惰性物质外）均参与反应。体系中摩尔数及某一组分的摩尔数均发生了变化。而体系中某一组分进入体系中参加反应，作为该组分只能说进入体系的质量等于转化了的质量加出口处的质量之和，作为该组分本身，进口的质量与出口的质量是不相同的。1-2 AA答案正确。物料计算基准为1小时， 反应方程式：相对分子质量： 78 71 112.5 36.5 副反应 78 2×71 147 2×36.5（1）氯化液质量的计算已知氯化液中含800kg一氯化苯，质量百分数为30。所以氯化液的质量为 氯化液中除氯苯外，其他组分的质量为 C6H6：2

2、667×0.681813.6kg C6H4Cl2：2667×0.01540kg HCl：2667×0.00513.33kg（2）参与氯化反应的物料的计算反应苯的量：主反应和副反应消耗苯量 消耗Cl2量为 生成HCl量为 （3）加料量的计算加入苯的量为kg把氯气纯度体积分数换算成质量百分数（假定氯气中惰性气体为空气，平均相对分子质量为29）则 氯气纯度为： 加入氯气量为： 其中惰性气体为55654412 kg（4）排出气体的质量计算排出气体的质量为 279.413.3312278.07 kgB答案错误。解法中，将氯气纯度体积百分数没有换算成

3、质量百分数。计算为：加入氯气量其中惰性气体为572.654428.6 kg排出气体的质量为：279.413.3328.6294.67kgC答案错误。计算过程中，在排出气体中没有减掉氯化液带出的HCl量，即279.412291.4 kgD答案错误。错误点与B和C相同，即：279.428.6308.0kg1-3 BB答案正确。按反应方程式和已知条件计算如下：Al2O3相对分子质量为102，Al2(SO4)3相对分子质量为342，H2SO4相对分子质量为98。加入硫酸量（80）为2510kg，含纯H2SO4量为 2510×0.82008 kg20.49kmol加入原料Al2O3混合物110

4、0kg，含纯Al2O3为 1100×0.554609.4 kg5.97kmol参加反应的H2SO4量应为5.97×317.91kmol在反应系统中H2SO4过量，过量20.4917.912.58kmolH2SO4转化率为 A答案错误。将Al2O3原料中杂质含量44.6看成Al2O3含量，则参加反应的Al2O3的量为1100×0.446490.6 kg4.81kmol需要H2SO4量为4.81×314.43kmolH2SO4过量为20.4914.436.06kmolH2SO4的转化率为C答案错误。将原料80的硫酸看作是纯H2SO4计算，即2510 kg的纯

5、H2SO4为25.6 kmol 硫酸的转化率为：D答案错误。计算中没有注意反应方程式中各化合物的系数平衡关系，即每一个摩尔的Al2O3反应需要3个摩尔的H2SO4。而做题时，用每一个摩尔的Al2O3反应需要的是1个摩尔的H2SO4。即5.97kmol Al2O3反应需要5.97 kmolH2SO4，则H2SO4转化率为 1-4 A A答案正确。 根据反应方程式可知当1摩尔的ZnS反应时，就可以产生1摩尔的H2SO4即可以产生98的H2SO4 100 g。 根据题意硫的回收率为99，再进行计算。 （1）每天处理186 t矿石，则内含ZnS量为 186×1000×0.65120

6、900 kg 实际反应能得到硫酸的ZnS量为120900×0.99119691 kg 119691 kg ZnS为1233.9kmol，即可生成1233.9 kmol H2SO4，质量为120922.2kg，可以得到 98的硫酸 （2）用水量计算：吸收SO3形成H2SO4用水量为1233.9×1822.2 t，形成98 H2SO4用水量为123390.0120 922.22.47 t 每天消耗水量为22.22.4724.67 t B答案错误：将生成的H2SO4的摩尔数看作所需要的水的摩尔数，即1233.9×1822.2 t，没有计算形成98硫酸时需要水量。 C答案

7、错误：计算时没有考虑吸收SO3形成100H2SO4时消耗水量，即只计算形成98时的水量为123390.0120922.22.47 t。 D答案错误：计算过程中没有考虑题中给的硫的回收率为99，即每天处理186 t ZnS。含ZnS为186×1000×0.65120900 kg。ZnS摩尔数为1246.4 kmol，则需要水量为1246.4×1822.43 t和2.49之和即24.920 t。1-5 CC答案正确。化学反应方程式 C6H5C2H5C6H5CHCH2H2 106 104 2 C6H5C2H5H2C6H5CH3CH4 106 2 92 16 C6H5C2

8、H5C6H6C2H4 106 78 28 C6H5C2H57C3H2CH4 106 7×12 3×2 16（1）每小时苯乙烯的产量为每小时需要乙苯量为：每小时转化的乙苯的量：530×0.444235.32kg/h2.22 kmol/h未反应的乙苯量：530235.3294.7kg/h每小时需要水蒸气的量：530×2.61378kg每小时需要工业原料乙苯量：，甲苯量10.8 kg（2）产物中各组分的量苯乙烯：208.3 kg甲苯：苯量：2.22×0.03×785.23 kg焦炭：2.22×0.02×7×12

9、3.72 kg乙苯：294.7 kg乙烯（气）2.22×0.03×281.86 kg甲烷（气）(2.22×0.052.22×0.02)×162.49 kg氢（气）(22.22×0.02×32.22×0.02)×24.177 kg气体总量为1.862.494.1778.53 kgA答案错误，B答案错误，C答案错误。3个答案均为计算过程中，没有将全部生成的气体计算完全。A答案少了一项氢与乙苯反应生成甲苯和甲烷，所以答案为8.62 kgB答案为在乙苯分解为碳、氢和甲烷反应中，计算为2.22×0.02总

10、氢量为(22.22×0.022.22×0.02)×24.0kg气体总量为8.35 kgD答案为甲烷气体计算错误。1-6 B B答案正确苯的相对分子质量为78，甲苯的相对分子质量为92。进料中苯的摩尔分数为xB，釜残液苯摩尔分数设为x'B 釜残液中苯的摩尔分数为 进料液平均相对分子质量为进料物料的摩尔流量为 按照题给定的条件，馏出液中回收原料中97的苯，则塔顶馏出液中苯的摩尔数为 116.1×0.419 6×0.9747.25 kmol/h塔底苯的摩尔数为116.1×0.419647.251.46 kmol/h塔底流出液摩尔数为

11、W，塔顶流出液摩尔数为D，则 116.1WD D54.0kmol/h 塔顶苯的摩尔分数为 A、C、D答案错误。计算错误： A答案直接认为釜残液中含苯2，塔顶含苯98，概念错误。1-7 A A答案正确。 选择计算基准为进料100 mol 对过程进行物料衡算 输入乙烯为53.7 mol 生成乙醇的摩尔数为53.7×0.05×0.92.42 mol 生成二乙醚的摩尔数为：乙烯理论上转化为乙醇的摩尔数减去实际得到的乙醇摩尔数差的二分之一。因为根据反应方程式每2 mol乙醇生成1 mol的二乙醚。所以，生成二乙醚的量为 输入水的摩尔数为36.7 mol 参加反应的水的摩尔数为36.7

12、53.7×0.0536.72.68534.015 mol 由副反应生成的水量为：0.133 mol 最后水的摩尔数为：33.8150.13334.15 输出物组成：乙烯53.7×(10.05)51.02 mol 58.26 乙醇2.42 mol 2.76 二乙醚0.133 mol 0.15 水：34.15 mol 38.8 总摩尔数为：87.72 mol B答案错误。生成二乙醚量及水量计算错误，即53.7×0.052.420.265 总摩尔数为87.98 mol C答案错误。计算生成二乙醚量时，计算错误。即 (53.7×0.052.42)×20

13、.53 输出总摩尔数为88.12 mol D答案错误。在计算水时，少计算副反应生成的水量0.133mol 总摩尔数为87.58 mol1-8 B B答案正确。计算基准为1小时 根据已知条件可计算出环氧乙烷的收率YX·S Y0.32×0.690.220822.08 乙烯转化量为 乙烯转化为环氧乙烷摩尔数为22.5×0.6915.53 kmol/h 二氧化碳摩尔数为 生成水的摩尔数为13.95 kmol/h 反应消耗氧的摩尔数为 原料气中氧的摩尔数为 出口物料中氧含量为291.328.70262.6 kmol/h 出口气体中氮的含量为 出口物料的质量为 乙烯： 环氧乙

14、烷：15.53×44683.3 kg 二氧化碳：13.95×44613.8 kg 水：13.95×18251.1 kg 氮：1647.3×2846 124.4 kg 氧：262.6×328 403.2 kg 出口物料总质量为57414.5 kg，即流量为57414.5 kg/h A答案错误。副反应生成二氧化碳计算错误。计算为 故出口流量为57107.5 kg/h。 C答案错误。副反应生成二氧化碳和生成水的量计算错误，均未考虑反应方程式中系数关系，得出口总量为56981.95 kg，即流量为56981.95 kg/h。 D答案错误：在出口气体中未

15、将氮气计算在内故总出口质量为11 289.9 kg，即11289.9kg/h。1-9 C C答案正确。 本题物料平衡计算，利用惰性气体氮因不参加反应，所以出口的气体中氮的量与空气中氮气量相等，故本题用N2作联系物进行计算。 根据元素平衡计算干烟道气量 对碳进行元素平衡 输入C的质量输出C的质量 设100 kmol干烟道气，含C量为 100×0.134×12161 kg 100 kg燃料含C量为88 kg： 所以100 kg燃料可以产生干烟道气54.65 kmol 用N2作联系物，计算出燃烧反应过量空气百分数 取基准54.65 kmol干烟道气 干烟道气中氧气量为54.65&

16、#215;0.0361.97 kmol 干烟道气中有54.65×0.8345.35 kmol氮 1.00 kmol空气中有0.79 kmol氮 54.65kmol烟道气中空气的摩尔数为 进入空气中含氧量为57.4×0.2112.05 kmol 氧气过量12.051.9710.08 kmol 氧气过量率为 A答案错误。计算时用公式 B答案错误。计算为 D答案错误。计算为1-10 A A答案正确。 SO2氧化反应方程式为 设原料气为100 mol。 根据题意进料气中SO2为11 mol，O2为10 mol，N2为79 mol。 反应后气体 SO311×0.77.7 m

17、ol SO2117.73.3 mol O2100.5×11×0.76.15 mol N279 mol 反应后总摩尔数为96.15 mol 其中：SO3为 SO2为 O2为 N2为 各组分的分压 B答案错误。消耗氧气量计算错误，计算为余氧量为1011×0.72.3 总摩尔数为92.3 mol，SO3摩尔百分数为 SO3的分压为0.0834×12010.01 kPa C答案错误。误认为反应前后，总摩尔数不变，则SO3摩尔分数为7.7，即SO3的分压为：0.077×1209.24 kPa D答案错误。计算中总摩尔数没有将N2的摩尔数计算在内，即总摩尔

18、数为：7.73.36.1517.15 mol SO3的摩尔分数为44.89，即SO3的分压为0.4489×12053.87 kPa1-11 A A答案正确。 以每小时为计算基准。 计算气体入塔的流量，根据题意每一吨氨消耗3070m3脱碳气，为完成生产任务每小时需要生产氨的量为 每小时消耗脱碳气量0.764×3 0702345m3 脱碳气中含CO量G12345×0.0246.9 m3 CO占脱碳气中惰性气体的分数 CO/m3 惰性气体 脱碳后CO占脱碳气中惰性气体的分数y2 CO/m3 惰性气体 需要脱掉（吸收）CO量 G22345×(10.02)

19、5;(0.02041.5×107) 2345×0.98×0.020446.88m3 完成吸收任务需要的铜氨液为 B答案错误。计算中没有计算CO在脱碳前后在惰性气体中的分数。 直接计算为需要脱掉的CO量为：2345×(0.021.5×107)46.9m3 故需要铜氨溶液量为 C答案错误。计算中没有考虑过程中氨的损失率10。 即为了完成生产任务每小时需要生产氨的量为 每小时消耗脱气量为0.694×30702131.9m3 脱气中含CO量为2131.9×0.0242.62m3 需要脱掉CO量为G22131.9×(10.0

20、2)×(0.02041.5×107)G242.62m3(CO) 为完成生产任务需要的铜氨液量为 D答案错误。计算时误将每天生产量作为每小时生产量，即 每小时消耗脱气量为16.67×3 07051166.6m3 故最终需要铜氨液的量为71.53m3/h1-12 B B答案正确。 设N1和N2表示乙烯和丙烯的摩尔分数，以Cp,m1和Cp,m2表示乙烯和丙烯100时理想气体定压摩尔热容。现根据题中所给定的乙烯和丙烯的定压摩尔热容函数关系，将100代入计算，则得 Cp,m12.83028.601×10-3×3738.726×10-6×

21、;3732 2.83010.671.21 12.29 kcal/kmol·K51.42kJ/kmol·K Cp,m22.25345.116×10-3T13.740×10-6 T2 2.25345.116×10-3×37313.740×10-6×3732 2.25316.831.91 17.17 kcal/kmol·K71.8kJ/kmol·K 所以给定的混合气体理想气体定压摩尔热容为57.53kJ/kmol·K A答案错误。计算中温度100没有换算成K表示，即 Cp,m12.8328.

22、601×10-3×1008.726×10-6×10025.69kJ/kmol·K Cp,m22.25345.116×10-3×10013.74×10-6×10026.76kJ/kmol·K Cp,m0.7×5.690.3×6.766.01kJ/kmol·K C答案和D答案为计算过程中计算错误。1-13 A A答案正确。 计算每一组分。从800冷至200时，从气体中移走的热量为 QMi(Cp,m800×800Cp,m200×200) Mi：为气体中

23、某一组分的摩尔量。 计算基准为100 mol气体，基准温度为0。 CO2：7.8×(47.94×80040.15×200)236.51×103 J CO：0.6×(31.10×80029.52×200)11.39×103 J O2： 3.4×(32.52×80029.95×200)68.09×103 J H2O：15.6×(37.38×80034.12×200)360.05×103 J N2： 72.6×(30.77×

24、;80029.24×200)1362.5×103 J Q20.38kJ/mol 每一摩尔气体从800冷却至200，移出的热量为20.38 kJ。 B答案错误。在计算时没有计算N2气从800降至200时应移出的热量，即 236.51×10311.39×10368.09×103360.05×103 676.04×103J676.04kJ/100 mol6.76 kJ/mol C答案错误。计算中没有注意题目要求，解得每摩尔应移出的热量为2038.54kJ/mol。 D答案错误。计算中换算错误，得到每摩尔移出热量为203.85kJ/

25、mol。1-14 C C答案正确。 计算时选择基准温度为25。本题用积分溶解热进行计算。 先将50 NaOH水溶液和5 NaOH水溶液换算成mol H2O/mol NaOH。 50NaOH： 5NaOH： 查得2.22 mol H2O/molNaOH和42.22 mol H2O/molNaOH溶液的积分溶解热分别为25.5 kJ/molNaOH和42.9kJ/mol NaOH 被稀释的溶液含溶质量为2500×0.05125kg 溶质的摩尔数为 稀释过程的热效应 由于取基准温度为25，进料带入的热量与物料离开釜带出的热量均等于0，故冷却水需要移出的热量为54.38×103 k

26、J。 A答案错误。计算公式错误，解得125×1000×(42.925.5)2.18×106 kJ B答案错误。计算公式错误，解得 D答案错误。计算中换算错误5.44×103 kJ1-15 A A答案正确。 本题用SO3和水的混合热进行计算。液态SO3和水的混合热可按下述经验公式计算 式中：q为液态SO3和水的混合热，kcal/kgH2O；m为配得酸中SO3的含量，；t为混合温度，。 现在把含量为65的发烟硫酸称a酸，20发烟硫酸称b酸。a酸含SO3设ma，b酸含SO3设为mb。两酸混合以后的酸称c酸，其含量为mc。根据盖斯定律混合过程热效应Q可按下式计算

27、QQc(QaQb) 配制的最终酸的质量100030004000kg 现在计算65和20的发烟硫酸及配制成的c酸含SO3的量 a酸含SO3量： b酸含SO3量： 混合后的c酸浓度 计算a、b、c酸的SO3和水的混合热 混合过程热效应为 QQc(QaQb) 0.126×4 000×1493.9(0.064×1 000×1924.30.147×3000×1380) 21190.4 kcal8.866×104 kJ B答案错误。计算过程中没有把65和20的发烟硫酸换算成SO3的百分含量。将a酸含量看作65，将b酸含SO3量看成20，

28、故计算结果为： 2.19×105 kcal/kg H2O9.16×105 kJ C答案错误。单位换算错误，即混合热为5.14×103 kJ D答案错误。公式用错，混合热 Q(0.064×1929.20.147×1 378.6)0.126×1493.9 137.85 kcal5.77×102 kJ1-16 A A答案正确。 假设如下热力学途径：第1步是气体苯在600 K等温下，压力由4.053 MPa降至0.1013 MPa，焓变为H1，第2步是在0.1013 MPa压力下从600 K降温至300 K，焓变为H2，过程总焓变为

29、H。 先求H2，即理想气体从600 K降温到300 K的焓变，从常用物质标准焓变数据表中查到： 600 K， 300 K， 所以 第2步是计算气体苯在600 K等温下，从4.053 MPa降压到0.1013 MPa的焓变H1，从相关资料中查到苯的临界温度为288.95（562.1 K），临界压力为4.898 MPa（48.34 atm），因而 查焓与对比温度、对比压力图得(H)/Tc2.1 cal/(mol·K)8.786 J/(mol·K)，所以 H8.786×562.1493 9 J/mol4 939 kJ/kmol 因此 HH1H215 830118 700

30、102 871.0 kJ/h1.03×105 kJ/h 焓差H为负值，说明苯从600 K、4.053 MPa冷却降压到300 K、0.1013 MPa这一过程是放热的。 B答案错误。计算中没有考虑压力对苯状态变化时对焓变的影响，即直接用苯从600 K降到300 K时焓变作为本题答案，即焓变为118700 kJ/h。 C答案错误。在计算H2时，没有计算苯在同一压力下、不同温度之间的平均热容，即 D答案错误。同样在计算H2时温度T2和T1代错，即 1-17 A A答案正确。 首先计算苯在27时蒸气压，可以用公式计算，也可以查相关手册，从手册中查到27时苯蒸气压0.015 MPa（化工工艺

31、设计手册）。 再应用理想气体状态方程式，计算此时气体摩尔数 PVnRT 冷凝苯的量为：0.50.30.2 mol。 B答案错误。在计算苯的摩尔数时，苯蒸气压换算错误。解得，冷凝苯的量为0.50.030.47 mol。 C答案错误。计算公式PVnRT中代错数，且将题中给定的0.5 mol看成0.5 kmol，即 ，冷凝苯的量为0.2 kmol。 D答案错误。计算时温度计算错误，压力也换算错误。解得，冷凝苯量为：0.50.3340.166 mol。1-18 A A答案正确。 热量衡算基准取0气体。混合气中各组分的质量分数和0、83、112和140的比热容数据列于下表。表中比热容的单位是kJ/（kg

32、·K）。 0 的混合气定压比热容为 cp0.9061×1.6090.032×0.98280.016×1.1460.031×1.0380.015×1.8411.568kJ/(kg·K) 83 的混合气定压比热容为 cp0.9061×1.8350.032×1.1950.016×1.3840.031×1.050.015×1.883 1.784 kJ/(kg·K) 112 的混合气定压比热容为 cp0.9061×1.8990.032×1.2640.016

33、×1.4610.031×1.0500.015×1.904 1.845 kJ/(kg·K) 140 的混合气定压比热容为 cp0.9061×1.9310.032×1.3290.016×1.5330.031×1.0670.015×1.925 1.863 kJ/(kg·K) 设主线气体的质量流量为W1 kg/h，汇合处主线气体的温度为140 ，热量为Q1 ，即 汇合处副线气体的温度为83，热量为Q2，即 汇合后气体温度为112，热量为Q3，即 忽略热损失，则有 Q1Q2Q3代入数据得 240.2W18

34、23519139.1W11 131 478解得 W13 046 kg/h因此可知，主线气体流量为3 046 kg/h，副线气体流量为(5 9203 046)2 874kg/h。 B答案错误。Q1、Q2、Q3全部计算错误，均没有按0到相应的温度平均比热容计算。最后结果为主线流量为3073 kg/h，副线流量为2847 kg/h。 C、D答案错误，均为计算错误。1-19 C C答案正确。 首先查有关物质的平均比热容，将其列于下表。 设基准温度为25 ，1 h物料为基准。 （1）计算提浓液2540时的平均比热容 1.982×0.7241.965×0.21651.994×

35、0.05951.979kJ/kg·K （2）提浓液带入的热量，丙酮带入的热量 1106.58×(4025)×1.97932848.8 kJ 277×(3025)×2.4433383.56kJ （3）反应过程产生的热效应共有4部分，即主、副反应产生的热效应、 5.133×2502871.28×106 kJ 0.306×1678505.14×104 kJ 0.127×748949.51×103 kJ 0.028×63591.78×102 kJ （4）计算分解热带出的热量

36、Q4 分解液总质量釜进料质量2771106.58kg Q4(2771106.58)×(8525)× 式中为2585平均比热容，即 2.845×0.412.142×0.332.017×0.262.4kJ/kg·K则 Q42.4×(2771106.58)×(8525)1.99×105 kJ/h 需要移出的热量由丙酮蒸发热量移出，故丙酮蒸发带出热量设为Q2，丙酮流量设为x kg/h，则 1.99×10532848.83383.561.34×106cpx Q21.77×106cpx1

37、.177×1062.573×(4525)x3.075×(8545)x （5）丙酮汽化量的计算 丙酮汽化量与回流至分解釜的量相等，为x kg/h，丙酮从分解釜移出的热量分为两部分，一部分是丙酮汽化吸收的热量，另一部分是丙酮从45升温至85 所需的热量。 已知：85丙酮汽化热为489.5kJ/kg，丙酮4585平均比热容为3.075kJ/kg·K，丙酮移出热量为 489.5 x3.075×(8545) x1.177×10651.5 x 489.5 x123 x1.177×10651.5 x 664 x1.177×106 x17