《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
3
K---轻组分向离心机中心的传递速度 摩尔/秒；D---扩散系数；ρ--摩尔密度 摩尔/厘米； 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 Cp = 9.085 + 0.0048 T ，式中之T单位为 ℃，Cp 之单位为卡/摩尔·℃。（1）若Cp 之单位需以英热单位（ BTU）/磅·F表示，式中之T以F表示，则上式应以何种形式表示? （2）试求T = 100 ℃时，CO2之Cp为多少（ BTU）/磅·F。
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
3000Kg/h 第一效 第二效 第三效 W NaCl 摩尔分率 0.01593 3.5质量% NaCl 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。
1
0
0
0
第11题示意图
H2 循环 纯苯 80% H2 反应器 冷凝器 产物3% H2 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，简要流程如下，试计算流经异戊烷塔不含丁烷的汽油的数量是多少? 侧流（S） 100%异戊烷 异戊烷 塔 脱丁烷塔 不含丁烷物料（F） 正戊烷 y P 至天然汽油工厂 100 mol正戊烷80% 90%正戊烷 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CHn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CHn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⊿Ur；（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
2
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? ⊿
H
气
0
f,NH3
= 45.9kJ/mol
,平均 Cp 空
=29.21 J/mol.K,
平均 Cp 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。Cp 苯l =110.9 J/mol.K,, Cp 甲苯l =110.9 J/mol.K Cp 苯g = -36.21 + 48.46×10 T – 31.56×10 T+77.61×10 T J/mol.K
Cp 甲苯g = -34.40 + 55.92×10 T – 34.45×10 T+ 80.37×10 T 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)
3
3
-2
-5
2
-9
-2
-5
2
-9
3
+ 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 Cp CO2 = 22.25 + 5.98×10-2 T – 3.50×10-5 T2 + 7.47×10-9 T3 J/mol.K
Cp CO = 28.16 + 0.17×10-2 T + 0.54×10-5 T2 – 2.22×10-9 T3 J/mol.K Cp H2O = 32.23 + 0.19×10-2 T + 1.05×10-5 T2 – 3.6×10-9 T3 J/mol.K Cp 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）。Cp CO =33.47 J/mol.K, Cp H2 =29.0 J/mol.K,, Cp
CO2
=44.46 J/mol.K,,
0
0
Cp H2O(g) =35.49 J/mol.K,, ⊿Hf,CO = -110.6kJ/mol , ⊿Hf,CO2 = -393.7kJ/mol
⊿Hf,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)
4
0
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：
⊿⊿H
H
0f,
甲醇 g
=
0
f, 水 g
-201.3kJ/mol = -242.2kJ/mol
0
f,甲醛 g
= -118.4kJ/mol ⊿H
⊿H0f, 二氧化碳 g = -393.7kJ/mol
真实热容 温度 K 298 400 750 800 950 1000 1050 Cp 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 Cp = 28.17 + 6.297×10 T - 0.7494×10 T J/mol.K CO2 Cp = 26.75 + 42.258 ×10T - 0.7494 ×10T J/mol.K H2O Cp = 29.16 + 142.40 ×10T – 2.022 ×10T J/mol.K 戊烷 Cp =254.1 J/mol.K ⊿Hr = -3248.6kJ
23、在一连续反应器进行乙醇脱氢反应： CH3CH2OH(g) →CH3CHO(g) + H2(g) ⊿Hr = 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
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