《化工设计》

《化工设计》习题

1、逆流气体离心机用于从U238 中分离U235，扩散传递速度为K= 2πDρr, 式中如果

K---轻组分向离心机中心的传递速度摩尔/秒·厘米；D---扩散系数；ρ--=摩尔密度摩尔/厘米3 ；r--对数平均半径 (r2-r1)/ln(r2/r1) 单位厘米. 试求D的单位。

2、CO2之摩尔热容为 C p= 9.085 + 0.0048 T ，式中之T单位为℃，C p之单位为卡/摩尔·℃。

（1）若C p之单位需以英热单位（BTU）/磅·0F表示，式中之T以0F表示，则上式应以何种形式表示? （2）试求T = 100 ℃时，CO2之C p为多少（BTU）/磅·0F。

3、利用化工原理上册附录，查取下列物性数据：（1）空气在760 mmHg，20℃时的密度；（2）氨（液

体）在25℃时的粘度；（3）乙醇在50℃时的汽化潜热。

4、空气含79%的N2和21%的O2（体积%），计算25 ℃、740 mmHg时的密度，以克/升表示。

5、丙烷充分燃烧时要供入空气量125% ，反应式为 C3H8 + 5 O2 = 3 CO2+ 4 H2O 问每100 mol

燃烧产物需空气量为多少摩尔? 请画出物料流程示意图，分别以（1）1 mol C3H8，（2）1 mol 空气，（3）1 mol O2为基准计算。

6、一氧化碳与氧燃烧生成二氧化碳，每小时各100 mol的各种反应物输入反应器，求：（1）CO 对

O2的化学计量比，（2）有限反应物，（3）过量反应物的过量百分比。

7、工业上由乙烯水化生成乙醇 C2H4 + H2O == CH3CH2OH 部分产物由副反应转化为二乙醚

2 CH3CH2OH == (C2H5)2O + H2O 反应器的进料含53.7 % C2H4，36.7% H2O，其余为惰性气体，乙

烯转化率为 5 %，以消耗的乙烯为基准的产率为90%，计算反应器输出流股的摩尔组成，以及乙醇生成的选择性。

8、多效蒸发（海水淡化）流程如下：

G Kg/h H2O G Kg/h H2O G Kg/h H2O

W NaCl 摩尔分率 0.01593

求每效蒸发器中的蒸发速率以及离开第二效蒸发器的溶液中的NaCl质量百分比。

9、H2和CO 混合气与空气燃烧，燃烧后的废气分析结果如下： N2 79.8%( mol)， O2 18.0% ，CO2

2.1%(为干基)，计算（1）H2和CO 混合燃料的组成；（2）混合燃料与空气的比例。

10、用苯、HCl和空气生产氯苯，反应式如下： C6H6 + HCl + 1/2 O2→ C6H5Cl + H2O

原料进行反应后生成的气体经洗涤除去未反应的HCl、苯以及所有的产品后其组成为N2 88.8%( mol) , O2 11.2 %, 求进过程每摩尔空气生产氯苯的摩尔数。

11、苯加氢转化成环己烷（C6H12），生产率100 mol/ hC6H12，99%的苯反应生成C6H12，进反应器原料

组成为80%( mol) H2及20% C6H6，产物中含3% ( mol)H2，计算：（1）产物的组成；（2）C6H6及H2的摩尔流率；（3）H2的循环率。

第11题示意图

H2 20% C6H6

12、一个生产天然汽油的工厂，其原料制备部分，是从不含丁烷的汽油中部分除去异戊烷，简要流

异戊烷20% 10%异戊烷

13、70 mol %丁烷和30 mol% 氢的混合物与25%过量空气燃烧，丁烷的转化率为80%，氢的转化

率为99%，在反应的丁烷中，90%生成CO2，10%生成CO，计算产物气体中水的摩尔分率。

14、碳氢化合物CH n燃料，燃烧后生成之气体经分析测得组成如下（干基，体积%）：

CO2 3.8%, O2 15.4%, CO 0.34%, H2 0.12%, CH4 0.08% 气体中无未燃之CH n痕迹，计算（1）空气/燃料之比值，（2）过量空气百分率，（3）燃料之成分（即 n）。

15、试计算化学反应：1/2 H2（g）+ 1/2 Cl2(g) → HCl (g) 在1000 K，1 atm 下的反应热。

16、反应 CaC2(s) + 5 H2O (l) → CaO (s) + 2 CO2(g) + 5 H2(g) 的标准反应热为–69.4kJ/mol，

（1）计算此反应的⊿U r；（2）设将120g CaC2和足够的液体水装入25℃刚性容器中，加热容器至CaC2反应完全，再将产物冷回到25℃，冷凝全部的过量水，需从反应器传递的净热量为多少kJ?

17、硝酸生产中，把经过预热的空气和氨在混合器里混合成600℃含10%（mol）氨的混合气体（氨

不能预热，因为预热会使其分解成H2和N2），此混合气经催化氧化得NO2, 然后用水吸收NO2生成硝酸。已知温度为25℃的氨以520 kg/h的流率进入混合器，混合器的热损失为7 kJ/s，试计算空气进入混合器前应预热到多少度?⊿H0f,NH3 = 45.9kJ/mol,平均 C p 空气 =29.21 J/mol.K, 平均 C p 氨气 =43.87 J/mol.K,。

18、含50%（质量）苯(r=33900kJ/kmol,沸点为353.3K)和50%（质量）甲苯(r=38000kJ/kmol,沸点

为383.8K)的原料液在60℃加到一连续单级蒸发器里，在蒸发器里原料中有60%的苯被蒸发了。

经分析发现蒸汽中苯的含量为63.1%（质量），液体产物和蒸汽产物都在150℃离开蒸发器，试计算该过程处理每公斤原料液需要多少热量。C p 苯l =110.9 J/mol.K,, C p 甲苯l =110.9 J/mol.K

C p 苯g = -36.21 + 48.46×10-2 T – 31.56×10-5 T2+77.61×10-9 T3 J/mol.K

C p 甲苯g = -34.40 + 55.92×10-2 T – 34.45×10-5 T2 + 80.37×10-9 T3 J/mol.K

19、某连续等温反应器在400℃进行下列反应：CO(g) + H2O(g) → CO2 (g) + H2 (g) 假定原料在温

度为400℃时按照化学计量比送入反应器，要求CO的转化率为90%，试计算使反应器内温度稳

定在400℃时所需传递的热量。⊿H0f,CO = -110.6kJ/mol ,⊿H0f,CO2 = -393.7kJ/mol

⊿H0f,H2O(g) = -242.2 kJ/mol C p CO2 = 22.25 + 5.98×10-2 T – 3.50×10-5 T2 + 7.47×10-9 T3 J/mol.K

C p CO = 28.16 + 0.17×10-2 T + 0.54×10-5 T2 – 2.22×10-9 T3 J/mol.K

C p H2O = 32.23 + 0.19×10-2 T + 1.05×10-5 T2 – 3.6×10-9 T3 J/mol.K

C p H2 = 29.10 - 0.19×10-2 T + 0.40×10-5 T2 – 0.88×10-9 T3 J/mol.K

20、在一绝热反应器内进行下列反应：CO(g) + H2O(g) → CO2 (g) + H2 (g) 反应物在300℃，1atm

下按化学计量比进入反应器，无惰性物，反应进行完全。试计算该绝热反应器出口物料的温度

（用平均热容计算）。C p CO =33.47 J/mol.K, C p H2 =29.0 J/mol.K,, C p CO2 =44.46 J/mol.K,,

C p H2O(g) =35.49 J/mol.K,, ⊿H0f,CO = -110.6kJ/mol ,⊿H0f,CO2 = -393.7kJ/mol

⊿H0f,H2O(g) = -242.2 kJ/mol

21、甲醇用金属催化剂制甲醛的工艺过程，所发生的反应如下：

CH3OH + 1/2 O2→ HCHO + H2O (1) CH3OH → HCHO + H2 (2)

CH3OH + 3/2 O2→ CO2 + 2 H2O (3)

若每个反应的相对量为反应（1）75%，反应（2）20%，反应（3）5%

（1）假设甲醇/空气为1：1.3，进料温度为95℃，则要维持反应温度为510℃需移走多少热量?

（2）若（1）在绝热反应器中进行，则绝热反应温度为多少? （3）如保持绝热反应温度510℃，

需要甲醇/空气配比为多少? 已知下列数据：⊿H0f,甲醇g = -201.3kJ/mol ⊿H0f,甲醛 g = -118.4kJ/mol ⊿H0f, 水 g = -242.2kJ/mol ⊿H0f, 二氧化碳 g = -393.7kJ/mol

真实热容温度 K 298 400 750 800 950 1000 1050

C p kCal/kmol.K 甲醛 8.36 9.41 12.95 13.39 14.49 14.78 15.10

甲醇 10.51 12.38 18.36 19.07 20.88 21.36 21.86

温度 K 298 573 673 773 873 973 1073

N2 6.96 7.09 7.31 7.47 7.63 7.80 7.92

H2 6.85 7.00 7.03 7.07 7.12 7.20 7.29

O2 7.03 7.61 7.83 8.01 8.17 8.30 8.41

CO2 8.89 11.31 11.70 12.18 12.58 12.91 13.19

22 、计算25℃液体戊烷与75℃过量30%的纯氧（不是空气）一起燃烧时绝热火焰温度。已知

O2 C p = 28.17 + 6.297×10-3 T - 0.7494×10-6 T2 J/mol.K

CO2C p = 26.75 + 42.258 ×10-3 T - 0.7494 ×10-6 T2 J/mol.K

H2O C p = 29.16 + 142.40 ×10-3 T – 2.022 ×10-6 T2 J/mol.K

戊烷C p =254.1 J/mol.K ⊿H0r = -3248.6kJ

23、在一连续反应器进行乙醇脱氢反应：CH3CH2OH(g) →CH3CHO(g) + H2(g) ⊿H r = 68.95 kJ/mol

含90%（mol）乙醇和10% （mol）乙醛的原料预热到300℃下以100 mol/h的速率进入反应器。

为了使反应器出口产物的温度保持再265℃，将热量以每100 mol 原料气 5300kJ的速率供给

反应器。已知C p CH3CH2OH(g) = 0.110 kJ/mol.K, C p CH3CHO(g) = 0.080 kJ/mol.K, C p H2(g) =0.029

kJ/mol.K(假定这些热容是常数)。计算乙醇在反应器里的转化率。

计算部分参考答案：

1.cm2/s

2.(1)0.2045+0.6053×10－4T (2)0.2173

3.(1)1.205g/cm3(2)0.106cP (3)940kJ/kg 222kcal/kg

4. 1.147g/L

5.93.7 mol

6.(1)2:1 (2)CO (3)100%

7.90%；mol%：C2H4 52.42 H2O 35.09 C2H5OH 2.48 (C2H5)O 0.14 惰性气体9.86

8.299.7kg/h, x2=4.37%

9.(1)4.3，2.1(67.2%，32.8%) (2) 0.0634

10.0.221

11.(1)96%环己烷，1%苯，3%H2 (2)101.01 C6H6，303.12 H2 (3)33.3%

12.x=55.56mol s=11 P=89

13.10.41%(C4H10 14mol ，H2 0.3，CO2 201.6，CO 22.4，H2O 309.7，O2 219.85，N2 2209，

合2976.85mol)

14. (1)24.075 (2)237.3 (3)CH2n=2

15. -93.9kJ/mol

16. (1) -86.74 kJ/mol (2)-162.64kJ

17. 961K

18. 342.3 kJ/kg原料

19. 34.38 kJ/mol

20. 1053K

21. (1)-2290.6 kJ/100mol甲醇(2) 1050K (3) 1.93/1

22. 4247K

23. 0.914

以下为设计部分：

24.化工厂设计包括哪两部分?化工设计的种类(根据项目性质和化工过程开发程序分)有哪些？项目

建议书是进行可行性研究和编制设计任务书的依据,有哪些内容？化工厂设计工作程序有哪些阶

段？

25.可行性研究报告有哪几点？设计任务书有哪几点？专业设计代表的任务是什么?化工厂通常由哪

些部门和设施所构成？

26.车间工艺设计的内容是什么？化工工艺设计核心内容是什么？

27.设计资料收集有哪些来源？设计资料收集的内容有哪些方面？

28.车间工艺设计中的方案设计任务是什么？化工计算内容有哪些方面？

29.在选择生产方法和工艺流程时，应该着重考虑的原则有哪些？工艺流程设计的任务是什么？工艺流程图有几种？工艺流程草图组成部分？

30.连续与间歇生产的区别是什么？

31.工艺流程图的线型：哪些用粗实线? 哪些用细（中）实线? 哪些用虚线?

32.物流方向的来、去如何表示?物料衡算的基准有哪些?

33.化工设备总体如何分类？化工设备选用和工艺设计一般原则的内容是什么？设备标注内容怎样?

34.如何布置相同或相似设备? 如塔、反应器、泵、换热器等。

35.如何选择定型设备泵?

36.塔器为什么要有人孔、底座、裙座?

37.室内设备搬运，安装时应怎样?

38.多层厂房设备如何布置?

39.一般较全的化工车间由哪些组成?

40.车间布置设计的目的是什么？车间布置设计的内容是什么？车间布置平面方案有哪些?

41.车间设备布置的要求有哪几条？车间设备布置设计的主要内容是什么？设备布置的最终结果表

现是什么？何为背光操作?

42.工厂设备露天化有什么优点？其条件是什么？

43.车间辅助房间及行政—福利室的配置方式有哪三种?

44.管道布置设计的内容有什么？管道的标注分哪几部分？某管道标注为“PG1310-300 A1A-H”，

表示什么意思？

45.管道有哪些连接方式? 管道交叉与转弯时如何绘制?

46.管子材料一般有哪些？

47.公称直径的含义？选用管道、阀件根据什么?常用的管道附件有哪些?管道布置图上的管件通常用什么表示？

48.管道安装时消除热应力的补偿器有哪些类型？

49.管架作用是什么？管道支架按其作用可分为哪些类？

50.在管子、设备温度与环境间有较大差别情况下，应采取什么措施?真空管线布置设计时应注意

什么？

51.立式容器的管口方位划分为哪两部分？卧式容器的人孔如何布置？

52.非工艺设计项目有哪些? 卫生条件有哪些内容？强制通风可分哪三种情况？

53.哪些属于弱电项目？

54.供水条件中的水有哪三类？

55.化工生产的特点是什么？

56.什么叫中毒？烧伤分几级？各有哪些特征？防毒面具有哪些种类？

57.什么叫燃烧？条件是什么？物质的可燃性，即燃烧危险性取决于哪些因素？

58.什么叫闪点？什么叫易燃液体？什么叫自燃点？什么叫燃烧热？

59.什么叫爆炸？爆炸极限的定义是什么？爆炸的类型？化学爆炸的条件是什么？

60.什么叫三同时？环境影响报告书基本内容是什么？化工环境污染物的种类有哪些？

61.环境监测的目的和任务是什么？

62.工艺说明书的范围怎样？工艺说明书的目录包括哪些?初步设计说明书应包括哪些内容?

63.什么叫概算？概算、预算分别由什么单位编制的？工程概算费用分类？设备购置费包括哪些？

64.为什么产品成本的计算方式以年产量为计算基数是最佳的方法？

65.成本估算有哪些项目？

66.项目经济分析评价通常采用哪两类方法？它们的区别是什么？经济分析中的几个主要指标或方法是什么？