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《化工设计（第三版）》1-2章 习题及解答
第一章 习题与思考题
1、化工设计的种类有哪些？国外通用的设计程序分为哪几个阶段？
2、画出化工新技术开发的工作框图。
3、请画出化工厂设计的工作程序示意图。
4、可行性研究报告包含哪些内容？
5、设计任务书主要包括哪些内容？
6、简述车间工艺设计的主要内容。
第一章 习题与思考题 参考答案
1、化工设计的种类有哪些？国外通用的设计程序分为哪几个阶段？
根据项目性质化工设计可分为：新建项目设计、重复建设项目设计、已有装置的改造设计。
根据化工过程开发程序化工设计可分为：概念设计、中试设计、基础设计和工程设计；其中工程设计又包括：初步设计（扩大初步设计）和施工图设计。
国外通用的设计程序分为工艺设计(Process Design)、基础工程设计(Basic Engineering Design)和详细工程设计(Detailed Engineering Design)三个阶段。
2、画出化工新技术开发的工作框图。
3、请画出化工厂设计的工作程序示意图。
4、可行性研究报告包含哪些内容？
(1) 总论。包括概述和研究结论。
(2) 市场预测分析。包括产品市场分析，产品的竞争力分析，营销策略，价格预测，市场风险分析。
(3) 生产规模和产品方案。论述生产规模和产品方案确定的依据和合理性，并进行多种规模和产品方案比选。
(4) 工艺技术方案。
(5) 原材料、辅助材料、燃料和动力供应。
(6) 建厂条件和厂址选择。
(7) 总图运输、储运、土建、界区内外管网
(8) 公用工程方案和辅助生产设施。
(9) 服务性工程与生活福利设施以及厂外工程。
(10) 节能、节水。
(11) 消防。
(12) 环境保护。
(13) 劳动安全卫生。
(14) 组织机构与人力资源配置。
(15) 项目实施计划。
(16) 投资估算。
(17) 资金筹措。
(18) 财务分析。
(19) 资本运作及项目的特点。
(20) 经济分析。
(21) 社会效益分析。
(22) 风险分析。
(23) 研究结论。包括综合评价，研究报告的结论，存在的问题，建议及实施条件。
5、设计任务书主要包括哪些内容？
(1) 项目设计的目的和依据。
(2) 生产规模、产品方案、生产方法或工艺原则。
(3) 矿产资源、水文地质、原材料、燃料、动力、供水、运输等协作条件。
(4) 资源综合利用和环境保护、“三废”治理的要求。
(5) 建设地区或地点，占地面积的估算。
(6) 防空、防震等的要求。
(7) 建设工期与进度计划。
(8) 投资控制数。
(9) 劳动定员控制数。
(10) 经济效益、资金来源、投资回收年限。
6、简述车间工艺设计的主要内容。
车间工艺设计的主要内容：设计准备工作，方案设计，化工计算（物料衡算、能量衡算、设备选型与计算），车间布置设计，配管工程设计，向非工艺专业设计人员提供设计条件，编制概算书及编制设计文件。
第二章 习题与思考题
1、在选择生产方法和工艺流程时，应该着重考虑哪些原则？简述确定生产方法和工艺流程的步骤。
2、工艺流程设计的任务有哪些？
3、工艺流程图的种类有哪些？管道仪表流程图有哪些版式？
4、根据HG/T 20519.2-2009标准，填写下表中工艺流程图的设备类别代号。
设备类别代号表（HG/T 20519.2-2009）
设备类别
代 号
压缩机、风机
换热器
工业炉
起重运输设备
其他机械
泵
反应器
火炬、烟囱
塔
容器（槽、罐）
计量设备
其他设备
X
5、根据下列管道仪表流程图中的图例，填写（管道、阀门、设备、等）名称。
名 称
图 例
名 称
图 例
6、下图是某管道的标注，请说明第1~6单元各表示什么意思？
7、固定床反应器温度控制形式有哪些？请画出示意图。
8、PIDCAD软件具有哪些特点？
第二章 习题与思考题 参考答案
1、在选择生产方法和工艺流程时，应该着重考虑哪些原则？简述确定生产方法和工艺流程的步骤。
先进性、可靠性、合理性。
资料搜集与项目调研、生产设备类型与制造厂商调研、对调研结果进行全面分析对比。
2、工艺流程设计的任务有哪些？
确定整个流程的组成，确定每个过程或工序的组成，确定工艺操作条件，控制方案的确定，原料与能量的合理利用，制定“三废”处理方案，制定安全生产措施。
3、工艺流程图的种类有哪些？管道仪表流程图有哪些版式？
工艺流程草图，工艺物料流程图，带控制点的工艺流程图，工艺管道及仪表流程图。
基础工程设计阶段有：A版PI图(初版)、B版PI图(内审版)、C版PI图(用户版)及D版PI图(确认版)；
详细工程设计阶段有：E版PI图(详1版)、F版PI图(详2版)、G版PI图(施工版)。
4、根据HG/T 20519.2-2009标准，填写下表中工艺流程图的设备类别代号。
设备类别代号表（HG/T 20519.2-2009）
设备类别
代 号
压缩机、风机
C
换热器
E
工业炉
F
起重运输设备
L
其他机械
M
泵
P
反应器
R
火炬、烟囱
S
塔
T
容器（槽、罐）
V
计量设备
W
其他设备
X
5、根据下列管道仪表流程图中的图例，填写（管道、阀门、设备、等）名称。
名 称
图 例
名 称
图 例
放空管（帽）
阻火器
同心异径管
喷射器
文氏管
视镜、视钟
离心泵
旋转泵、齿轮泵
浮顶罐
湿式气柜
板式塔
喷洒塔
列管式反应器
流化床反应器
U型管式换热器
离心式压缩机
6、下图是某管道的标注，请说明第1~6单元各表示什么意思？
第1单元（PG）为物料代号，代表工艺气体；
第2单元（13）为工程工序编号；
第3单元（10）为管道顺序号；
第4单元（300）为管道规格，代表公称直径300mm；
第5单元（A1A）为管道等级，第一个A表示管道的公称压力等级代号，1表示管道材料等级顺序号，第二个A表示管道材质类别，代号为“铸铁”；
第6单元（H）为绝热或隔声代号。
7、固定床反应器温度控制形式有哪些？画出示意图。
8、PIDCAD软件具有哪些特点？
PIDCAD软件操作简单、方便易学，适合于工程技术、设计人员及高校师生从事化工工程设计、流程图绘制时使用；结合工艺设备管理软件，可实现工厂工艺、设备信息化管理。
第三章 物料衡算与热量衡算
习题3-1 连续常压蒸馏塔进料为含苯质量分数(下同)38％(wt)和甲苯62％的混合溶液，要求馏出液中能回收原料中97％的苯，釜残液中含苯不低于2％。进料流量为20000kg／h，求馏出液和釜残液的流量和组成。
F, xF
D, xD
W, xW
解：苯的相对分子质量为78，甲苯的相对分子质量为92。以下标B代表苯。
进料中苯的摩尔分数
釜残液中苯的摩尔分数
进料平均相对分子质量
进塔原料的摩尔流量
依题意，馏出液中能回收原料中97%的苯，所以
作全塔苯的质量衡算得
作全塔总质量衡算得
将已知数据代人上述质量衡算方程得
解得
所以，
组分
塔进料
塔顶馏出物
釜残液
kg/h
%(wt)
kmol/h
%(mol)
kg/h
%(wt)
kmol/h
%(mol)
kg/h
%(wt)
kmol/h
%(mol)
苯
7600
38
97.43
41.96
7372.6
85.60
94.52
87.52
227.8
2.0
2.92
2.35
甲苯
12400
62
134.8
58.04
1240.2
14.40
13.48
12.48
11159.4
98.0
121.3
97.65
合计
20000
100
232.2
100
8612.8
100
108
100
11387.2
100
124.2
100
习题3-2 采用蒸发方法将浓度为10%NaOH（质量浓度）及10%NaCl的水溶液进行浓缩。蒸发时只有部分水分汽化成为水蒸气而逸出，部分NaCl结晶成晶粒而留在母液中。操作停止后，分析母液的成分为：50%NaOH，2%NaCl及48%H2O。若每批处理1000kg原料液，试求每批操作中：1）获得的母液量，2）蒸发出的水分量，3）结晶出的NaCl量。
蒸发器
原料液 F1=1000kg
10%NaOH
10%NaCl
80%H2O
母液,F4 kg
50%NaOH
2%NaCl
48%H2O
水蒸气，F2 kg
NaCl晶体,F3 kg
蒸发器
原料液 F1=1000kg
10%NaOH
10%NaCl
80%H2O
母液,F4 kg
50%NaOH
2%NaCl
48%H2O
解：所选择的基准为：每批处理量，1000kg原料液
总物料衡算
F1 = F2 + F3 + F4
组分物料衡算
NaOH平衡 1000×0.1=0.5F4
NaCl平衡 1000×0.1=0.02F4+F3
H2O 平衡 1000（1-0.1-0.1）=F2+0.48F4
解得： F2=704kg，F3=96kg，F4=200kg
习题3-3 丙烷充分燃烧时要使空气过量25％，燃烧反应方程式为：
试计算得到100摩尔燃烧产物（又称烟道气）需要加入的空气的摩尔量。
解：以1mol入口丙烷为计算基准
根据反应方程式，1mol丙烷需要5mol的氧气与之反应，因氧气过量25%，故需要加入的空气量为
其中
烟道气中各组分的量：
0 mol 23.51 mol
因此，以1mol入口丙烷为基准的物料衡算结果如下
入口
出口
1
0
6.25
1.25
23.51
23.51
0
3
0
4
合计
30.78
合计
31.76
从计算结果可以看出，当空气加入量为29.76mol时，可产生烟道气31.76mol，所以，每产生100mol烟道气需加入的空气量为
习题3-4 合成气组成为0.4%CH4，52.8%H2，38.3%CO，5.5%CO2,0.1%O2，和2.9%N2（体积百分数）。若用10%过量空气燃烧，设燃烧气中不含CO2，试计算燃烧气组成。
燃烧气 CO2
O2
N2
燃 烧
合成气 CH4
H2
CO
CO2
O2
N2
空气 O2
N2
解：基准：1000mol合成气，1h；
气体中含
C 4+385+55=442mol；
H 4×4+2×528=1072mol；
O 383+2×55+1×2=495mol
理论氧量
O2 =442+1072/4-495/2=462.5mol
理论空气
462.5/0.21=2202.4mol
实际空气
1.1×2202.4=2202.4mol
N2 0.79×2422.6=1914mol
O2 0.21×2422.6=508.8mol
对各物质进行衡算
N2平衡：29+1914=FN2=1943mol；
C平衡：4+383+55=FCO2=442mol；
O2平衡：0.5×383+55+1+508.8
=FCO2+0.5FH2O+FO2
=442+0.5×536+ FO2
FO2=46.3mol
燃料气组成
CO2，H2O，O2，N2=(0.149,0.1806,0.0156,0.6548)
习题3-5 试就天然气甲烷蒸气转化制H2过程进行物料衡算。该厂每小时消耗天然气4700m3，其组成（体积%）为：CH4 97.8.C2H6 0.5,C3H8 0.2，C4H10 0.1，N2 1.4。在初始混合物中，水蒸气与天然气之比为2.5，烃的转化率为67%，此过程包括下列反应：
CH4+H2OCO+3H2 （1）
CH4+CO22CO+2H2 （2）
CO+H2OCO2+H2 （3）
在已转化的气体中，CO对CO2之比率可取为在气体离开转化器的温度，即700℃下反应式呈平衡时的比率。首先因为这个反应达到平衡要比其它两个反应更加迅速；其次，在这个温度下，在反应1及反应3中，平衡有利于向反应生成物方向移动。
上述这些反应在700℃时的平衡常数Kp的近似值依次为：1）25，2）20,3）1.54。
解 取基准为100m3天然气
天然气甲烷转化是生产氢及合成氨原料气的过程，在装有催化剂的管式反应器中进行，反应1和反应2为吸热反应，而反应3为放热反应，以提供反应热量使反应1和反应2得以进行。
设已转化的气体中，各组分的含量（以m3计）分别为、、，与烃类反应掉的水蒸气以表示。
在已转化的气体中，未起反应的那部分烃类的体积（以CH4来计算）为：
（97.8+0.5×2+0.2×3+0.1×4）（100-67）/100=32.9m3
为了确定转化气的组成，进行元素物料衡算：
C 平衡
97.8+0.5×2+0.2×3+0.1×4=++32.9
=99.9-
O 平衡
初始水蒸气 100×2.5=250m3
250=2++(250-)
2+-=0
H 平衡
4×97.8+0.5×6+0.2×8+0.1×10+2×250=2+4×32.9+2(250-)
=+132.6
由于在产品混合物中，CO对CO2之比是根据700℃下平衡时的反应式3来确定的。而反应式3的平衡常数为：
解上式得
=100m3
对其他组分得
=100-66.9=33.1m3
=133.8-100=33.8 m3
=100+132.6=232.6 m3
=250-100=150 m3（转化气中剩余的水蒸气量）。
转化气组成数据列于表3-1。应用这些数据进行物料衡算。结果如表3-2所示。
表3-1 转化气组成
组 成
湿气体
干气体
m3
V%
m3
V%
CH4
32.9
6.8
32.9
9.9
H2
232.6
48.07
232.6
69.60
CO
33.8
7.0
33.8
10.15
CO2
33.1
6.84
33.1
9.93
N2
1.4
0.29
1.4
0.42
H2O
150.0
31.0
Σ
433.8
100.0
333.8
100.0
表3-2 甲烷转化过程物料衡算
输 入
输 出
物料
kg
m3
产品
kg
m3
天然气
干的转化气
CH4
3290.00
4596.60
CH4
1104.50
1546.3
C2H6
31.50
23.50
H2
977.60
10932.2
C3H8
18.30
9.40
CO
1992.80
1588.6
C4H10
12.20
4.70
CO2
3057.40
1555.7
N2
82.20
65.80
N2
82.20
65.8
Σ
3434.20
4700.00
Σ
7214.50
15688.6
水蒸气
9447.0
11750.0
水蒸气
5683.50
7050.0
Σ
12881.2
16450.0
Σ
12878.00
22738.6
习题3-6 苯加氢转化为环己烷，如图所示，工厂产量为100kmol/h的环己烷。输入过程的苯有99%反应生成环己烷。进入反应器物流的组成为80% H2和20% C6H6（mol%）。产物物流中含3%H2。试计算：1）产物物流的组成；2）C6H6和H2的进料速率；3）H2的循环速率。
反应器
冷凝器
纯C6H6
新鲜H2
循环H2
产物
3%H2
解 化学反应方程式
产物物流中，环己烷100kmol/h
苯的转化率为99%，生产100kmol/h，环己烷需苯
100/0.99=101.01 kmol/h
未反应的苯量 101.01—100=1.01 kmol/h
产物中含H2 3%，设含H2量为，
=3.12kmol/h
总产物量=100+1.01+3.12=104.13kmol/h
C6H6 ,C6H12 ,H2的摩尔分率分别为：0.96, 0.01, 0.03。
H2的进料速率为100×3+3.12=303.12 kmol/h
苯的进料速率101.10 kmol/h
设循环H2量为R kmol/h
习题3-7 甲苯催化加氢脱甲基制苯，主反应和副反应分别为：
主反应
副反应
以纯氢和纯甲苯为原料，进入反应器的氢与甲苯之比为5:1（摩尔比）。甲苯的单程转化率为80%，生成苯的选择性为98%，未反应的甲苯和产物苯作为产品物流输出体系，氢和甲烷循环。要求混合原料中甲烷含量不大于10%，计算排放比及各物流的组成。
解：由题意画出物料流程图如下:
混合器
反应器
纯C6H6
R
R1 H2
R2 CH4
分离器
分流器
H2
CH4 10%
H2
CH4
C6H6
C6H6
H2 CH4
H2 CH4
由题意知，要求混合原料中甲烷含量不大于10%，取10%进行计算，这样计算得到的排放量数据为最小值，实际排放时应稍稍大于此值。
基准：进反应器混合原料100mol/h
反应器
进料：CH4 100 mol/h×10%=10 mol/h
总物料 H2++10 mol/h=100 mol/h
H2 75 mol/h
15 mol/h
出料：剩余 15 mol/h×(1-80%)=3 mol/h
生成的C6H6 15 mol/h×80%×80%=11.76mol/h
CH4 15 mol/h×80%×98% +15 mol/h×80%×(1-98%)×7 +15 mol/h
= (11.76+1.68+10) mol/h =23.44 mol/h
H2
75 mol/h—15 mol/h×80%×98%—15 mol/h×80%×(1-98%)×10
= (75—11.76—2.4) mol/h=60.84 mol/h
出料的总量为：60.84 mol/h+3+23.44 mol/h+11.76mol/h=99.04 mol/h
反应器出口物料的组成：
分离器
3 mol/h
C6H6 11.76mol/h
则
进分流器的H2 和CH4的量分别为：
H2 60.84 mol/h
CH4 23.44 mol/h
由分流器的特征有循环回路中H2 和CH4的摩尔分率=进分流器的H2和CH4的摩尔分率
混合器
CH4平衡 10 mol/h==R （1）
平衡 15 mol/h=新鲜原料 （2）
H2平衡 75 mol/h=新鲜H2+R （3）
联立式（1）（2）（3）解得：
R=35.96 mol/h
新鲜原料=15 mol/h
新鲜H2=49.04 mol/h
总新鲜料 15 mol/h+49.04 mol/h=64.04mol/h
新鲜原料的组成：
mol/h
mol/h
循环物料计算：
R1=35.69 mol/h×0.7219=25.96 mol/h
R2=35.69 mol/h×0.2781=10.00 mol/h
分流器
H2平衡 进分流器的H2=循环H2+外排H2
外排H2= (60.84—25.96) mol/h= 34.88 mol/h
CH4平衡 进分流器的CH4=循环CH4+外排CH4
外排CH4= (23.44—10.00) mol/h= 13.44 mol/h
总排放物料：34.88 mol/h+ 13.44 mol/h =48.32mol/h
排放物料组成：
排放比= =0.7545
习题3-8 用以生产甲醇的合成气由烃类气体转化而得。要求合成气中n（CO）：n（H2）=1:2.4（摩尔比），气体量为2321m3/h（标准）。因转化气中含CO 43.12%（摩尔分数），H2 54.20%，不符合要求，为此需将部分转化气送至CO变换反应器，变换后气体中含CO 8.76%（摩尔分数），H2 89.75%，气体体积减少2%，用此变换气去调节转化气，求转化气及变换气各为多少m3/h（标准）？
CO变换
CO2脱除
F
混合
分流
B
H2 54.20%
CO 43.12%
CO2
R
H2 89.75%
CO 8.76%
合成气
M
转化气
解：基准：2321 m3/h（标准）合成气
设合成器中CO的摩尔分率为Xco,H2的摩尔分率为2.4Xco。
混合器的衡算（因都为标准体积，所以可以直接平衡）：
总物料平衡 M=B+R=2321 m3/h（标准） (1)
CO平衡 2321Xco=0.4312B+0.0876 R (2)
H2平衡 2321 m3/h（标准）×2.4Xco=0.542B+0.8975 R (3)
联立上述方程求得：
R=969.4 m3/h（标准）
B=1351.6 m3/h（标准）
因经过变换后气体体积减少2%，所以
F=989.18 m3/h（标准）
转化气=F+B=（989.18+1351.6）m3/h（标准）=2340.78 m3/h（标准）
脱除的CO2的量为F—R=（989.18+969.4）m3/h（标准）=19.78 m3/h（标准）
习题3-9天然气蒸汽转化法制造合成氨原料气的示意流程图
天然气x kmol
蒸汽
蒸汽
一段
转化炉
空气ykmol
二段
转化炉
CO
变换
CO2
脱除
CO2
甲烷化
合成氨
原料气
转化炉内进行烃类蒸汽转化反应，以甲烷为例，烃类蒸汽转化的反应方程式为
天然气经一段转化炉转化后继续进入二段转化炉反应，在一段转化炉出口添加空气以配合合成氨原料气中所需的氮气，同时，一段转化气中的一部分氢气遇燃烧供给系统热量。二段转化后再经一氧化碳变换工序使混合气中的大部分转化为和，转化为和的方程式为，变换后的气体进入脱除工序脱除，再经甲烷化工序除去残存的微量和后作为合成氨合格原料气。
已知某厂天然气的组成为：
组分
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
(正)
C4H10
(异)
C5H12
(正)
C5H12
(异)
N2
CO2
合计
%(mol)
83.20
10.00
5.16
0.69
0.50
0.06
0.05
0.33
0.01
100
要求合成氨原料气的组成为：
组分
H2
N2
Ar
CH4
合计
%(mol)
73.97
24.64
0.31
1.08
100
计算天然气的用量和空气的用量。
解：以100 kmol合成氨原料气为计算基准。
设天然气用量为xkmol，添加空气量为ykmol。
（1）作系统N2平衡
因为在天然气蒸汽转化法制造合成氨原料气过程中，N2没有参加反应，它的数量在反应器的进口、出口物料中没有变化，作系统N2平衡得
0.0033x + 0.79y =24.64 (A)
(2)作系统氢平衡
甲烷转化制H2的计量关系推导如下：
甲烷蒸汽转化反应过程
变换反应过程
总过程
用同样的方法可推导出烃类蒸汽转化制的计量关系通式为
因此，100kmol 天然气可提供的理论H2为
组分
烃量/kmol
可提供的理论烃量/kmol
CH4
83.20
4 83.20=332.80
C2H6
10.00
7 10.00=70
C3H8
5.16
10 5.16=51.60
C4H10(正)
0.69
13 0.69=8.97
C4H10(异)
0.50
13 0.50=6.50
C5H12(正)
0.06
16 0.06=0.96
C5H12(异)
0.05
16 0.05=0.80
N2
0.33
0
CO2
0.01
0
合计
100
471.63
因此，xkmol天然气进料可提供的理论H2为
氢气燃烧的反应过程
燃烧消耗的H2为
作系统H2平衡得
(B)
式中（）是合成氨原料气的CH4折合为H2物质的量(mol)
式合(B)式联解得到
因此，制造100kmol的合成氨原料气需加入天然气18.92kmol，一段转化炉出口需添加31.11kmol的空气。
习题3-10 将一成分为88%碳（C）和12%H2O的液体气化并在图3-5的装置中催化燃烧，所得的烟道气组成如下：CO2 13.4%，O2 3.6%，N2 83.0%。为了计算燃烧装置的体积，求100kg燃料产生多少kmol干烟道气及过量空气量。
催 化 氧 化
液体燃料
C 88%
H2O 12%
干烟道气
CO2 88%
O2 12%
N2 83.0%
空气
C
N2
图3-5 例3-7附图
解 据题意，主要物流为燃料、干烟道气和空气，应用联系组分求解比较方便。
（1）以碳（C）进行元素平衡，计算干烟道气量：
输入的碳（C）物质量=输出的碳（C）物质量
设100kmol干烟道气，含碳量为：
100×0.134×12=161kg
100kg燃料含碳量为88kg，所以
100kmol干烟道气
88kg碳（C）
161kg碳（C）
100kg燃料
=54.6kmol干烟道气·（100kg燃料）-1
（2）用N2作为联系组分，计算出燃烧反应过量空气的百分数。
基准：100kmol干烟道气
83.0kmol N2
1.00kmol空气
=
105.0kmol空气
100kmol烟道气
0.79kmol N2
100kmol干烟道气
进入的O2=105.0×0.21=22.1kmol
过量空气为
习题3-11 某化工厂计划利用废气的废热，进入废热锅炉的废气温度为450℃，出口废气的温度为260℃，进入锅炉的水温为25℃，产生的饱和水蒸气温度为233.7℃，3MPa，（绝压），废气的平均热容为32.5KJ/(kmol·℃)，试计算每100kmol的废气可产生的水蒸气量？
解 过程如图3-6所示
水 25℃
水蒸气 233.7℃
出口废气 260℃
废气 450℃
图3-6 例3-8附图
基准：100kmol的废气
锅炉的能量平衡为
废气的热量损失=将水加热以产生水蒸气所获得的热量
即 (mCp,mΔt)废气=W(hg-hL)
其中，W为所产生蒸气的质量，因此
100×32.5×(450-260)=W(2798.9-104.6)
W=229kg
所产生水蒸气质量为229kg·(100mol废气)-1
习题3-12 乙烯氧化制环氧乙烷的反应器中进行如下反应：
主反应
副反应
反应温度基本维持在250℃，该温度下主、副反应的反应的反应热分别为
乙烯
乙烯
乙烯的单程转化率为32％，反应的选择性为69％，反应器进口混合气的温度为210℃，流量45000,其组成如下：
组分
合计
%(mol)
3.5
82.0
14.5
100
热损失按反应放出热量的5%考虑，求热载体移出的热量。
解：查得有关气体的热容数据如下：
组分
水蒸气
210℃
64.43
31.38
30.04
250℃
66.94
31.67
45.56
35.35
103.8
30.17
假设如下热力学途径：
210℃反应器入口气
250℃反应器出口气
250℃反应器入口气
210℃下反应器入口混合气体热容
250℃下反应器入口混合气体热容
因此，反应器入口混合气体在210℃～250℃的平均热容为
由热载体移走的热量为
习题3-13 乙烯氧化为环氧乙烷的反应方程式如下：
试计算0.1013MPa、25℃下的反应热。
解：乙烯（g）的标准生成热为
环氧乙烷(g)的标准生成热为
因此，0.1013Mpa，25℃下的反应热计算如下：
习题3-14 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。
反应器
300℃,1atm
T0
隔热层
1mol CO
1mol H2O
1mol CO2
1mol H2
解：基准：1molCO(g)
物料衡算得CO(g)；n进=1mol H2O(g) )；n进=1mol
CO2(g)；n出=1mol H2(g) ；n出=1mol
反应在非标准条件下进行，为了计算方便，假设该反应过程的途径如下：
反应物 300℃
产物T0
产物 300℃
产物 25℃
反应物 25℃
（300℃）
（25℃）
计算标准反应热：
查得各物料的生成热：=—393.5kJ/mol
=—110.5kJ/mol
=—285.8kJ/mol=
=—393.5—[(—110.5)+( —285.8)]=2.84kJ/mol
计算反应物带入反应器的焓：
CO（300℃，g）
H2O（300℃，g）
负数代表冷凝过程，所以放出热量。
计算产物带出反应器的焓：
CO2 (300℃，g)
H2(300℃，g)
于是由300℃反应物到300℃产物的焓变为：
（300℃）=+
=2.84+(11.58+7.96)—[(—8.17)+( —50.5)]
=—36.29kJ/mol
计算绝热反应器产物的出口温度（T0）：
因
所以是300℃下产物的焓与最终出口产物（ T0）的焓差，即
简便起见，可采用平均热容代入上式得：
采用迭代法求得：T0≈780.1℃
所以该绝热反应的出口温度为780℃。
习题3-15 利用ASPEN PLUS建立如下图苯流程模拟，
试求：
（1）、模块cool的热负荷是多少？
（2）、第二闪蒸模块FL2的温度是多少？
解：按下列步骤建立模型：
1.打开aspenplus并进行初始设定
2.绘制流程图
3.输入数据
4.数据输入完成后右下角会出现required input complete黑色字体
5.返回流程界面，然后点击运行键
6.运行成功，右下角出现results available字样
7.点击查看结果按钮，逐个查看结果
查换热器热负荷为 -7196567Btu/hr
第二闪蒸器的温度为99.8F
第四章 设备的工艺设计及化工设备图
1、化工设备选用一般原则是什么？
答：（1）合理性：即设备必须满足工艺要求，设备与工艺流程、生产规模、工艺操作条件、工艺控制水平相适应，又能充分发挥设备的能力。
（2）先进性：要求设备的运转可靠性、自控水平、生产能力、转化率、收率、效率要尽可能达到先进水平。
（3）安全性：要求安全可靠、操作稳定、弹性好、无事故隐患。
（4）经济性：设备投资节省，设备易于加工、维修、更新，没有特殊的维护要求，运行费用减少。
（5）系统性：化工过程是一个完整的系统，设备设计时不能仅关注单一设备，避免因个别设备妨碍整个系统优化；注重经济性的同时，还应通盘考虑，保留适当裕量，以免在日后扩产和工艺调整时成为系统“瓶颈”。
总之，要全面贯彻先进、适用、高效、安全、可靠、省材和节资的原则。具体还要从技术经济指标和设备结构上的要求加以考虑。
2、一份完整的化工设备图
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