乙烯裝置操作工計算題

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1. 用25的水將物料2000kg/h在一換熱器內(nèi)由80冷卻到40，水出換熱器溫度為35，問每小時需要多少噸水？物料比熱容為0.4kcal/(kg)。解：物料放出熱量Q物 2000 (80 - 40) 0.4 32000 kcal/hW水 32000/（35 - 25） 1 3200 kg/h答：每小時需要25的水3.2噸。2. 某換熱器，用20水冷凝冷卻100水蒸汽至50，如果每小時要處理100噸水蒸氣時，問需要20水多少噸？(設(shè)出口冷流體溫度為40；水的比熱為4.2kJ/kg；水的潛熱為2258.4kJ/kg)解：蒸汽冷凝降溫至50水時放出的熱量 汽化潛熱 冷卻放

2、熱Q汽 100 1000 (80 - 40) 2258.4 4.2 (10050) kJ/hW水 2000 /（40 - 20） 4.2 kg/h答：每小時需要20的水約2939噸。3. 將0.5kg/s、80的硝基苯通過一換熱器，用冷卻水將其冷卻到40。冷卻水初溫為30，終溫不超過35。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/kg，水的比熱為4.19 kJ/kg。解：Q物 0.5kg/s 1.6kJ/kg (80 - 40) 32 KWW水 32 /（35 - 30） 4.19 1.53 kg/s答：換熱器的熱負荷是32kW，需要冷卻水量1.53kg/s。4. 某換熱器中

3、用120kPa的飽和水蒸汽加熱苯。苯的流量為5m3/h，從20被加熱到70。若設(shè)備的熱損失集中于飽和蒸汽一側(cè)，估計為Q冷的8，試求熱負荷及蒸汽用量。(苯的比熱為1.75kJ/(kg)，密度為855kg/m3。120kPa飽和水蒸汽潛熱為2246.8kJ/kg) 解：由于熱損失Q集中于熱流體一方，所以熱負荷為Q冷。Q冷 5m/3600s 855kg/m 1.75kJ/kg （70 - 20） 103.91 KWQ熱 103.91 108% 112.22 KWW汽 112.22 KW / 2246.8 kJ/kg 0.05 kg/s答：熱負荷為112.22 KW，蒸汽用量為0.05kg/s。5.

4、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(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，求單位時間蒸汽管道上的熱損失解：內(nèi)0.085m，外0.145m，L100m，t2563K，t1323K， 0.0697J/S.m.k因為內(nèi)/外2 再確認計算過程中公式、單位再確認，A均可取算術(shù)平均值A(chǔ)均 （A內(nèi) A外）/2 （內(nèi) 外） 3.14 （0.085 0.145） 100 72.22 mQ A均（t2 - t1）/(外 -內(nèi)) 0.0697 72.22 (563 -323)/(0.145 0.085) 201 KJ/s

5、答：管道上的熱損失為201kJ/S。6. 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300，保溫材料為水泥珍珠巖制品，水泥珍珠巖制品的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化關(guān)系為0.0651 0.t。其中，的單位為W/m.K；t為。要求包裹保溫層后外壁的溫度不超過50，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）/ 2 175 0.0651 0. 175 0.0835 W/m.K Q qA 2L（t1 - t2）/ ln(r2/r1) ln(r2/0.0795) 2L（t1 - t2）/ Q

6、 2 3.14 1 0.0835 (300-50) / 300r2 0.123 m保溫層的厚度 0.123-0.0795 0.0435 m答：保溫層的厚度為43.5毫米7. 如圖中含有60%(重量)乙醇的溶液，以每小時1000千克的加料量進入精餾塔，要求塔頂產(chǎn)出90%乙醇，塔釜出來的殘液中含乙醇小于10%，試計算每小時產(chǎn)量和殘液量。解： F W D 1000總乙醇量 F 進料濃度 W 產(chǎn)品濃度 D 殘液濃度1000 0.6 D 0.9 W 0.1 D 0.9 (1000 - D) 0.1D 625 kgW 375 kg答：每小時產(chǎn)量625噸，每小時殘液量375噸。8. 每小時將15000kg含

7、苯40%和甲苯60%的溶液，在連續(xù)精餾塔中進行分離，要求釜殘液中含苯不高于2%(以上均為質(zhì)量百分率)，塔頂餾出液的回流率為97.1%。試求餾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 98/92 2/78釜液組成Xw 0.02352/78 98/922.原料液的平均分子量為：Mf 0.44 78 0.56 92 85.8 kg/kmol進料量F 15000 / 85.8 175 kmol/h3.DXD/ FXf 0.971DXD 0.971 175 0.444.全塔總物料衡算為：D W 17

8、5全塔苯的衡算為：DXD 0.0235W 175 0.445.聯(lián)立以上三式解得：W 95 kmol/h D 80 kmol/h XD 0.935答：餾出液的流量為80kmol/h，釜殘液的流量為95kmol/h，餾出液易揮發(fā)組分的摩爾分率為0.935。9. 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(yīng)為多少？解：已知F 4500kg/h，XF 0.2，XD 0.9，XW 0.005由F D W得4500D W由FXF DXD WXW 即45000.20.9D 0.005W聯(lián)立兩式得W 3520kg/h D 980kg/h答：塔頂采出量3520

9、kg/h，塔釜采出量980kg/h。10.某廠有濃度為10%(重量)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50 0.1 50 0.1 0.01 0.5XX 9.9噸答：濃縮后的鹽水重9.9噸。11.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 1.1013104Pa，在右容器中氨的分壓為PA2 0.507104Pa，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(nèi)PA1

10、，PA2不變化。整個系統(tǒng)保持恒定的總壓P 1.0132105Pa和溫度T 298K，擴散系數(shù)D 0.2310-4Pa。整個系統(tǒng)可以看成等摩爾反向擴散。求NH3和N2的傳質(zhì)通量與擴散通量。解：等摩爾反向分子擴散模型的傳質(zhì)公式NA (D/RT)( PA1-PA2) (1.013 104 - 0.507 10-4) 0.23 10-4 / (8314 298 0.1) 4.70 10-7 kmol/sJA NA 4.70 10-7 kmol/m2sJB -JA -4.70 10-7 kmol/m2s答：NH和N2的傳質(zhì)通量為4.7010-7kmol/m2s，NH的擴散通量都為4.7010-7kmol

11、/m2s，N2的擴散通量為-4.7010-7kmol/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)地流過小管口。由于擴散很慢，可認為空氣流經(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，在一定時間范圍內(nèi)，可認為小管中的液面保持恒定。該擴散可以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25，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3104Pa，求水蒸汽的傳質(zhì)通量。(25時水蒸汽的飽和蒸汽壓為3168Pa) 解：通過停滯的組分層的穩(wěn)定分子擴散模型傳質(zhì)公式NA (D/RT)( PA1-

12、PA2)(P/PBm) PB1 P - PA1 3 104 3168 2.683 104 PaPB2 P - PA2 3 104 - 1000 2.9 104 PaPBm (PB1 PB2)/2 (2.683 2.9) 104/2 2.7916 104P/PBm 3 104 / 2.7916 104 1.0747擴散系數(shù)D 0.256 10-4 m2/s，R 8314 m3Pa/kmolKNA (3168 - 1000) 1.0747 0.256 10-4 / (8314 296 0.4) 2.4 10-7 kmol/s答：水蒸汽的傳質(zhì)通量為2.410-7 kmol/m2s。13.如圖所示，左

13、右兩個大容器內(nèi)分別裝有濃度不同的NH3和N2兩種氣體的混合物。聯(lián)通管長0.61m，內(nèi)徑24.4mm，系統(tǒng)的溫度為25，壓強為101.3kPa。左側(cè)容器內(nèi)NH3的分壓為20kPa，右側(cè)容器內(nèi)NH3的分壓為6.67kPa。已知在25、101.3kPa的條件下NH3N2的擴散系數(shù)為2.3010-5m2/s。試求單位時間內(nèi)自容器1向容器2傳遞的NH3的量，kmol/s。解：根據(jù)等摩爾反向分子擴散模型的傳質(zhì)公式NA (D / RT)( PA1 - PA2) (20 - 6.67) 2.30 10-5 / (8314 298 0.61) 2.03 10-7 kmol/s聯(lián)通管截面積為A 1/4d 3.14

14、 0.0244/4 4.68 10-4單位時間由截面?zhèn)鬟f的NH3量為NA 2.03 10-7 4.68 10-4 9.05 10-11 kmol/s答：單位時間內(nèi)自容器1向容器2傳遞的NH3的量為9.5010-11 kmol/s。14.在20及101.33kN/m2下，CO2與空氣的混合物緩慢地沿Na2CO3溶液液面流過，空氣不溶于Na2CO3溶液。CO2透過厚1mm的靜止空氣層擴散到Na2CO3溶液中。氣體中CO2的摩爾分率為0.2。在Na2CO3溶液面上，CO2被迅速吸收，故相界面上CO2的濃度極小，可忽略不計。CO2在空氣中20時的擴散系數(shù)D為0.18cm2/s。問CO2的擴散速率是多少

15、？解：D 0.18 cm2/s 0.m2/s Z 1mm 0.001m氣相主體中溶質(zhì)CO2的分壓pA1 0.2101.33 20.27kN/m2界面上CO2的分壓pAi 0氣相主體中惰性氣體空氣的分壓為:PB1 P- PA1 101.33-20.27 81.06 kN/m2 界面上空氣的分壓為pBi 101.33 kN/m2 空氣在氣相主體和界面上對數(shù)平均分壓PBm ( PBi-PB1)/(ln Pbi/PB1) (101.33-81.06)(ln101.33/81.06) 90.9kPaNA (D/RT)( PA1-PA2)(P/PBm) 0. 101.33 (20.27 - 0) / 8.

16、314 (273 20) 0.001 90.9 0. kmol/s 0.6 kmol/h答：CO2的擴散速率是0.6kmol/m2.h。15.用填料吸收塔逆流吸收SO2,吸收劑用清水,進料中惰性氣體流量為70kmol.h-1，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.m-3，塔徑為1m，求此過程的傳質(zhì)單元高度及塔高。解：由HOG V/KYa得HOG 70/（3600 2.5 10-2 12 /4） 0.991 m塔高為h NOG HOG 6.89 0.991 6.83 m答：此過程的傳質(zhì)單元高度為0.991m，塔高為6.83m。16.乙烷

17、裂解制取乙烯，投入反應(yīng)器的乙烷量為5000h，裂解氣中含未反應(yīng)的乙烷量為1000h，求乙烷的轉(zhuǎn)化率。解：乙烷的轉(zhuǎn)化率 (5000 - 1000) / 5000 100% 80 %答：乙烷的轉(zhuǎn)化率為80%。17.裂解溫度為827，進裂解爐的原料氣組成為%(V)：C2H6 99.3，C2H4 0.5，CH4 0.2。裂解產(chǎn)物組成為%(V)：H2 35.2， C2H4 33.1， C4 0.2，CH4 3.6， C2H6 26.7， C5 0.3，C2H2 0.2， C3 0.6。體積增大率為1.54，求乙烷單程轉(zhuǎn)化率。解：設(shè)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

18、，則裂解產(chǎn)物為154單位，剩余乙烷為1540.267，可求乙烷單程轉(zhuǎn)化率為：乙烷單程轉(zhuǎn)化率 (99.3 154 0.267) / 99.3 100% 58 %答：乙烷單程轉(zhuǎn)化率為58%。18.投入5000h的乙烷進行裂解反應(yīng)，參加反應(yīng)的乙烷為3000h，實際得到的乙烯產(chǎn)品為1980h，求：乙烯的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率。解：乙烯轉(zhuǎn)化率(30005000)100%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 2121h則乙烯產(chǎn)率21213000 100% 70.7 %答：乙烯轉(zhuǎn)化率為60%，乙烯產(chǎn)率為70.7%。19.某乙烷爐進料量為10噸/小時(純度為100)

19、，裂解單程轉(zhuǎn)化率為60，乙烯產(chǎn)量為4.5噸/小時，分離后將未反應(yīng)的乙烷全部返回裂解，計算乙烯收率，乙烯總質(zhì)量收率。解：乙烯收率 4.5/10 100% 45 %總質(zhì)量收率 4.5/(10 60%) 100% 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C2H4CL2CH2CLCH2CL，已知統(tǒng)入反應(yīng)器的乙烯量為600h，乙烯含量為92%(質(zhì)量百分數(shù))，反應(yīng)后得到二氯乙烷量為1700h，并測得尾氣中乙烯量為40h。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(600 0.92 - 40) / (600 0.92) 100% 92.75 %CL2 C2H4

20、 CH2CLCH2CL28/X 99/1700求得生成1700h二氯乙烷所消耗的乙烯量為X 480.81h則二氯乙烷產(chǎn)率 480.81 / (600 0.92 - 40) 100% 93.91 %二氯乙烷的收率 480.81 / (600 0.92) 100% 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 /

21、2744 100% 31.6%雙烯收率 (867 441) / 2744 100% 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)精餾操作中，泡點進料精餾段操作線方程如下：y 0.723x 0.263,試求操作回流比。解：因泡點進料時，q 1，精餾段操作線方程為：yn 1 (R/R 1)xn (1/R 1)xD則有 R/(R 1) 0.723解得R 2.61答：操作的回流比為2.61。23.投入乙烷爐100h純度為100%的乙烷，單程轉(zhuǎn)化率為60%，乙烯產(chǎn)量為46.4h，分離后將未反應(yīng)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(zhì)量收率。

22、解：1.根據(jù)：C2H6 C2H4 H2生成乙烯需消耗的乙烷量 乙烯量 乙烷摩爾克數(shù) / 乙烯摩爾克數(shù) 46.4 30 / 28 49.71 h新鮮乙烷補充量 投入乙烷量 - 循環(huán)返回乙烷量 100 （100 100 60%） 60 h2.乙烯收率 生成乙烯需消耗的乙烷量 / 投入乙烷量 100% 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 100% 49.71 / 60 100% 82.85 %4.乙烯總質(zhì)量收率 生成乙烯量 / 新鮮乙烷補充量 100% 46.4 / 60 100% 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

23、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25m3，通入反應(yīng)器的乙烯量為6945.7/h，在溫度為393403K和壓力在290340Kpa下進行操作。反應(yīng)后得到產(chǎn)品乙醛量為3747/h，尾氣中含乙烯量為4525.5/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 2C2H4 2CH3CHO生成乙醛需消耗的乙烯量 乙醛量 乙烯摩爾克數(shù) / 乙醛摩爾克數(shù) 3747 28 / 44 2384.45 /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） 100% 98.40 %3.活

24、性 原料乙烯轉(zhuǎn)化率 （6945.7 4522.5）/ 6945.7 100% 34.89 %4.催化劑的生產(chǎn)能力 生產(chǎn)的乙醛量 /（催化劑容積 時間） 3747/25 149.88 / mh答：催化劑的活性、選擇性和生產(chǎn)能力分別為34.89 %、98.40 %、149.88 / mh25.某連續(xù)精餾操作中，泡點進料操作線方程如下：精餾段Y 0.723X 0.263,提餾段 Y 1.25X-0.0187,試求餾出液及殘液組成。解：精餾段操作線方程為：yn 1 (R/R 1)xn (1/R 1)xD則有 R/(R 1) 0.723 1/(R 1) 0.263解得 R 2.61, xD 0.949因

25、泡點進料時，q 1，提餾段操作線方程為：y R (F/D)/R 1x-(F/D)-1/R 1xW則有R (F/D)/(R 1) 1.25, (F/D)-1/(R 1)xW 0.0187解得, xW 0.075答：餾出液及殘液組成分別為0.949、0.075。26.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，請計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MS蒸汽循環(huán)水氮氣儀表風電消耗數(shù)量4741t12942tt30484Nm342828 Nm3kwh生產(chǎn)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 W儀表風 W電 4741 88 12942 76 0.1 304840.15 428280.15 0.2828 .8kg標油處理