合成甲醇计算题

1、.计算题1某连续精馏塔在压强为101.325kPa下分离苯甲苯的混合液，已知处理量为15300kg/h原料液中苯的含量45.9%，工艺要求馏出液中苯的含量不少于94.2%，残液中苯的含量不大于4.27%（均以质量分率计），试求馏出液和残液的量？解：根据全塔物料衡算方程F=P+W F*XF=P*XP+W*XW将XW =0.0427 XP =0.942 XF =0.459代入则 15300×0.459=P×0.942+W×0.427 (A) 153000=P+W (B)(A) (B)联立方程组解得P=7082.6（kg/h） W=8217.4(kg/h)2每小时将15

2、000kg含苯40%（质量分数）和甲苯40%的溶液，在连续精馏塔中进行分离，要求残液中含苯不高于2%，塔顶馏出液中苯的回收率为97.1%，试求馏出液和残液的量及组成。（以物质的量和摩尔分率表示）解：进料组成XF =40/78/（40/78+60/92）=0.44釜残液组成XW =2/78/（2/78+98/92）=0.0235原料液的平均相对分子量MF=0.44×78+0.56×92=85.8原料液流量F=15000/85.8=175（kmol/h）依据题意可知P* XP /F* XF =0.971 即P* XP =0.971×175×0.44=75根据

3、全塔物料衡算方程F=P+W=175 F×XF =P×XP +W×0.0235=175×0.44=77计算得W=95（kmol/h） P=80（kmol/h） XP =0.925答：馏出液为80kmol/h，馏出液含苯率为93.5%，残液量为95kmol/h，残液含苯率为2.35%。3氯仿和四氯化碳的混合液在一连续精馏塔中进行分离，要求馏出液中氯仿的组成为0.95（摩尔分率），馏出液流量50kg/h，塔顶为全凝器。平均相对挥发度=1.6。回流比R=2，求：第一块塔板下降的液体组成x1 ；精馏段各板上升蒸汽V及下降液体L。解：氯仿和四氯化碳混合液客人为是理想

4、溶液。塔顶为全凝器y1 =0.951.6x11+（1.61）x1x1+（1）x根据理论板的概念y= 0.95= x1=0.92 V=（R+1）D=（2+1）×50=150（kg/h）根据恒摩尔流的假定，各板上升的蒸汽摩尔流量相等，并非质量流量相等，因此，需将此值转化为摩尔值。氯仿的物质的量 M=119.35kg/lmol 四氯化碳的物质的量 M=153.8kg/kmol塔顶蒸汽的平均物质的量 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：第一块塔板下降的液体组成x1为0.92。上升蒸汽V为1.24kmol/h，下降液体L为0.826kmol/h。4在一常压连续精馏塔中，分离苯甲苯混合液，已知原料液中含苯为25%，要求馏出液中含苯98%，釜液中含苯8.5%（均为摩尔百分率），物系的相对挥发度为=2.47。泡点进料，操作回流比为5，塔顶为全凝器，泡点回流。试用逐板法求理论塔板数。解：相平衡关系式yn=xn/1+(-1)xn或xn=yn/-(-1)yn=yn/2.47-1.47yn精馏段操作线方程：yn+1=Rxn/（R+1）+XD/（R+1）=5xn/（5+1）+0.98

6、/（5+1） =0.8333xn+0.1633提馏段操作线方程：ym+1=（R+F/D）xm/（R+1） （F/D-1）XW/（R+1） =1.737xm0.0626精馏段第一块塔板上升蒸汽组成y1=XD=0.98 下降液体组成x1=0.98/（2.471.47×0.98）=0.952精馏段第二块塔板上升蒸汽组成y2=0.8333×0.952+0.1633=0.9567 下降液体组成x2=0.9567/（2.471.47×0.9567）=0.8994依据上述方法反复计算，即可求出y3、x3、y4、x4···,当求出的x<0.25

7、时，该板即为加料板，再用相平衡方程与提馏段操作线方程反复计算，直至x0.085为止，通过计算，x8=0.2032<0.25则第8块为加料板，x10=0.0836<0.085则理论塔板数为10块（包括釜）。答：所需要的理论塔板数为10块板。5用连续精馏塔分离甲醇水溶液，已知XF=0.6，XD=0.96，XW=0.03，（均为甲醇的摩尔分率），进料为泡点液体，=3.74，R=1.95，塔顶为全凝器，使用逐板法求精馏段的理论塔板数。解：相平衡关系式yn=xn/1+（1）xn或 xn=yn/（1）yn=yn/3.742.74yn精馏段操作线方程：yn+1=R xn /（R+1）+XD/（R

8、+1）=1.95xn/（1.95+1）+0.96/（1.95+1） =0.661xn+0.325精馏段第一块塔板上升蒸汽组成y1=XD=0.96 下降液体组成x1=0.96/(3.74-2.74×0.96)=0.0.8652精馏段第二块塔板上升蒸汽组成y2=0.661×0.8652+0.325=0.8969 下降液体组成x2=0.8969/（3.74-2.74×0.8969）=0.6993精馏段第三块塔板上升蒸汽组成y3=0.661×0.6993+0.325=0.787 下降液体组成x2=0.7872/（3.74-2.74×0.7872）=0.

9、4973由于x3=0.4973< XF=0.6，即第3块为进料板，精馏段有2块理论板。答：精馏段理论塔板数为2块。6已知某精甲醇罐内为6m，液位计长度5.5m，接班时液位13%，交班时液位是89%，试求本班精甲醇的产量（甲醇密度按0.7825g/cm3）。解：本班液位上涨76%，换算长度为5.5×0.76=4.18（m）本班精甲醇产量=4.18×3.14×（6/2）2×0.7825×1000=92.4（t）答：本班精甲醇产量为92.4t。7已知某精甲醇回流泵出口流量为24m3/h，回流量为14 m3/h，在保持甲醇回流槽液位不变的情况下，

10、一天的甲醇产量是多少（甲醇密度按0.7910 g/cm3）。解：一天的甲醇产量=（24-14）×24×0.7910=189.84（t）答：这个班甲醇产量为189.84t。8某班8h内甲醇产品质量不合格而将部分甲醇采出改至粗甲醇罐1.5h，粗甲醇罐液位涨1格，精甲醇液位本班上涨65格，已知粗甲醇每格按3.76t计，精甲醇每格按1.12t计，求这个班的甲醇产量。解：这个班甲醇产量=65×1.12=72.8（t）答：这个班甲醇产量为72.8t。9一台水泵的流量为10.2L/s，扬程20m，效率铭牌标出0.8，求此泵的轴功率。解：根据泵的有效功率公式 N效=QHg=100

11、0×10.2×9.81×10-3=2000（W）式中 Q泵的流量，m2/s； H泵的扬程，m； 被输送液体的密度，kg/m3； g重力加速度。离心泵有效功率与轴功率的关系为N轴=N有×100%/=2000/0.8=2.5（kW）答：此泵的轴功率为2.5kW。10用水对一离心泵进行性能测定，实验测得：流量10m3/s，泵的出口压力表读书0.17MPa，泵入口真空表读书160mmHg，真空表与压力表两侧截面垂直距离为0.5m，泵效率为0.509，计算泵的轴功率。解：离心泵扬程 H=h0+（P出P入） g =0.5+（0.17×106+160

12、5;133.3）/9.81×1000=20（m） 根据N轴=N有×100%/= QHg/ =20×（10/3600）×9.81×1000/0.509 =1.07（kW）答：此泵的轴功率为1.07kW。11今有一台离心泵，铭牌上标出流量为72 m3/h，扬程为19m，总效率为0.85，电动机功率为7kW（电机功率按轴功率的1.2倍配备），今欲利用这台泵来输送相对密度为1.2的某溶液，试核定该电机是否适用。解：已知Q=72 m3/h=0.02 m3/s，H=19m，=1200kg/m3，额定电机功率为7kW。依据N效=QHg输送某溶液时的N效=0.

13、02×19×1200×9.81=4.47（kW）N轴=N有×100%/=4.47/0.85=5.26（kW）N电机=1.2×5.26=6.3Kw<7Kw（铭牌标出）核定结果，说明所用电机适用。12已知某合成塔进出口气体成分如下：（体积百分数）CO2COH2CH4N2进口3.23%11.18%78.36%5.67%1.56%出口3.45%7.51%80.74%6.39%1.91%求：CO的单程转化率。解：据单程转化率公式知CO=1CO出×（CH4出+ N2出）/ CO入×（CH4入+ N2入） ×100%则CO

14、单程转化率=17.51×（5.67+1.56）/11.18×（6.39+1.91） ×100%=41.49%答：CO的单程转化率为41.49%。13已知某合成塔入口气体流量为153904 m3/h，出口气体流量为136211 m3/h，入口气体中CO体积百分含量为10.53%，CO2体积百分含量为3.16%；出口气体CO体积百分含量为6.01%，CO2体积百分含量为2.96%，求：CO的单程转化率。解：据单程转化率公式知CO=（1V出×CO出/ CO入×V入）×100%其中：V出是出口气体流量；V入是入口气体流量； CO出为出口气体中

15、CO体积百分含量； CO入为入口气体中CO体积百分含量。则CO单程转化率=（1136211×6.01/10.53×153904）×100%=49.49%答：CO的单程转化率为49.49%。14.如图所示高位油槽的水面距出水管的垂直距离保持6m不变，水管系采用内径68mm的钢管，设总的压头损失为5.7mm，试求每小时的输水量。 解：取水槽准面为11截面，水管出口为22截面，并定为基准水平面，列出系统的伯努利方程式：Z1+2g+P1/+H= Z1+/2g+P2/+h损已知：Z16m, Z2=0, H=0, h损=5.7m, P1=P2=0(表压)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：每小时得输水量为31.75m3/h。15.如图所示用虹吸管从高位油槽向反应器加料，高位油槽与反应器均通大气。要求料液在管内以1m/s的速度流动，设料液在管内流动的能量损失为20J/kg,试求高位油槽液面应比虹吸管出口高出多少？解：取高位油槽液面为11截面，虹吸管出口为22截面，并作为基准水平面，在两截面间列伯努利方程式：gZ1+2+P1/+W=gZ2+/2+P2/+E损式中Z1为所求，已知 Z2=0, P1=P2=0(表压), U

17、1=0, U2=1m/s, E损20J/kg, W=0将已知代入上式可得：9.81Z11/220解得：Z12.09（m） 答：高位油槽液面应比虹吸管出口高出2.09m。 16.如图所示的输水系统，出水管内径为38mm，总的压头损失h损=73.6/2g,试求该管线的流量为多少m3/h？ 解：取槽内液面为11截面，管线出口处为22截面，以过22截面中心的水平面为基准水平面，列出伯努利方程式：Z1+2g+P1/+H= Z2+/2g+P2/+h损已知：Z2=0, Z1=18-3=15m, U1=0, P1=P2=0=(表压), d2=0.038m, h损=73.6/2g代入上式得：2gZ1/74=2&

18、#215;9.81×15/74.6=2(m/s)则Q0.785d2U×3600=0.785×0.03822×2×3600=8.16(3/h) 答：该管线的流量为8.163/h。 17.空气可认为由21的氧气和79的氮气组成（体积分率），试求标准状态时空气的密度。 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、在标准状态下：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：在标准状态时空气的密度时1.26kg/m3。18.已知某气体的体积组成为18氮气，54氢气和28二氧化碳，试求100m3的混合气体在温度300K和压强5MPa下的质量。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的混合气体在温度300K和压强5MPa下的质量为3697kg。 19.在一108×4mm的钢管中输送

21、压力为202.66kPa（绝对），温度为1000C的空气。已知空气在标准状态下的体积流量为6503/h。试求空气在管内的流速。解： 根据题意应将空气在标准状态下的流量换算为操作状态下的流量。又因为压力不高，故可用理想气体状态方程式进行计算。体积流量：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：空气在管内的流速为15.7 m/s。 20.有一管式换热器，其换热面积为10m2，今实测得冷流体得流量为0.72kg/

22、s，进口温度为308K，出口温度为348K，热流体得进口温度为383K，出口温度为348K，并已知冷流体平均比热为2.18LkJ/(kg·K),冷热流体为逆流流动，试计算该换热器得传热系数。 解： 根据冷热流体数据W冷、C冷、 t2、t1计算其热负荷：q= W冷C冷(t2-t1)=4.18×0.72×(348-308)=120(kW)计算两流体的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：该换热器得传热系数321W/(m2·K)。 21.现有一台列管式换热器，有3400根mm×2.5mm的无缝钢管组成，管长6m，用作某车间的冷凝器，管内走比热4.2kJ/（kg·K）的某溶液，流量为258 kg/s，进口温度为330K，出口温度为310K，管外为冷却水，进口温度为285K，出口温度为300K，设已知换热器的总传热系数K675 W/(m2·K)，试问该换热器能否适用？ 解： 计算热负荷：q= W热C热t258×4.2×（330310）21672（k W）假定采用逆流方式，计算tm： 溶 液 T 33

24、0K 310K 冷却水t 300K 285K t 30K 25K因t大/t小<2 tm（t大t小）/2=(30+25)/2=27.5(K)计算传热面积A算：A算q/( Ktm)=21672×10-3/（657×27.5）1200m2以20的安全系数考虑：A1.2×12001440（m2）计算出现有的换热器的换热面积： A=ndl3400×3.14×0.0255×61442（m2）答：现有换热器可满足生产要求，能适用。 22.连续精馏塔分离苯甲苯混合液，进料量为116.6kmol/h,泡点进料，塔顶产品为51.0 kmol/h，回

25、流比为3.5，加热蒸汽绝压为200kPa，再沸器热损失为1.5×106kJ/h，塔顶采用全凝器，泡点回流，冷却水进、出口温度分别为250C和350C，全凝器热损失忽略不计，已知甲苯的汽化潜热为360kJ/kg,苯的汽化潜热为390 kJ/kg，求再沸器的热负荷。（绝压为200 kPa的蒸汽和汽化潜热为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) 泡点进料 q=1 V=V229.5kmol/h再沸器的热负荷： QB=V(IV-IW)+QL塔釜液几乎为纯甲苯，所以I

26、V-IW可取为纯甲苯的汽化潜热，即 IV-IW360×9233120 (kJ/kmol) QB=229.5×33120+1.5×106=9.1×106(kJ/h)答：再沸器的热负荷为9.1×106kJ/h。 23.某连续精馏塔在压强为101.3kPa下分离苯甲苯的混合液，已知处理量为15300 kJ/h，原料液中苯含量为45.9，工艺要求馏出液中苯的含量不小于94.2，残液中苯的含量不大于4.27（以上均以质量分率计），试求馏出液和残液的量。解：根据全塔物料衡算可得： F=P+W F·XF=PXP+WXW已知XF=0.459，XW=0

27、.0427, F=15300 kJ/h代入上两式可得：P+W15300 0.492P0.0427W=15300×0.459解两联立方程组得： P=7082.6 （kJ/h） W8217.4（kJ/h）答：该塔得馏出液量和残液量分别是7082.6kJ/h 、W8217.4kJ/h。24.有一日产4t氨得原料天然气流量为235003/h，含硫30ppm（体积）。氧化锌脱硫剂得硫容量按18计算，堆积重度1100kg/m3，现装填脱硫剂56.6 m3，预计可用多少时间？空速是多少？（按一年8000小时计）解：总硫量为：23500×8000×（32÷100）

28、15;（32÷22.4）8060（kg）56.6 m3脱硫剂可以吸收得总硫量为：56.6×1100×0.1811210（kg）使用期限：11210÷80001.4年 空速：23500÷56.6410(h) 答：脱硫剂可使用时间为1.4年，空速为410h。25.今有一水泵，欲将冷水池中的水输送至冷却器作冷却剂，水温为200C,每小时输送量为72t，流速为1.5m/s,试确定输水管径应为多少？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：输水管得管径应为0.13m26.一水泵得吸入管管径为108×4mm，出口管管径为76×2.5mm，水在吸入管中得流速为1.5 m/s,试求水在出口管得流速。解：已知：d