【Mixers/Spliters】
【1.1】将1200 m3/hr的低浓甲醇（甲醇20%mol，水80%mol，30C，1 bar）与800 m3/hr的高浓甲醇（甲醇95%mol，水5%mol，20C，1.5 bar）混合。求混合后的温度和体积流量。(Mixer)(物性方法：NRTL) 【1.2】将1500kmol/hr的甲苯溶液（含苯2%mol）等摩尔地分流为两股流体，求每股物流的密度及焓值。(物性方法：NRTL) 【1.3】请建立以下过程的Aspen Plus 仿真模型：(物性方法：NRTL)
1) 将 1000 m3/hr 的低浓酒精（乙醇30%w，水70%w，30°C，1 bar ）与700 m3/hr的高浓酒精（乙醇95%w，水5%w，20°C，1.5 bar）混合；
2) 将混合后物流平均分为三股；
3) 一股直接输出；
4) 第二股与 600 kg/hr 的甲醇溶液（甲醇98%w，水2%w，20°C，1.2 bar）混合后输出；
5) 第三股与 200 kg/hr 的正丙醇溶液（正丙醇90%w，水10%w，30°C，TIEJIANMEN CN1.2 bar）混合后输出。
求：三股输出物流的组成（摩尔分率与质量分率）和流量（摩尔流量及体积流量）分别是多少？
【1.4】请采用适当的方法进行以下过程的仿真分析：(物性方法：NRTL)
1）将400 °C，3 bar 下的1000 m3/hr 水蒸气、1000 m3/hr 二氧化碳和1000 m3/hr甲醇等压混合，求混合气体的温度和体积流量。
2）将400 °C，30 bar 下的1000 m3/hr 水蒸气、1000 m3/hr 二氧化碳和1000 m3/hr甲醇等压混合，求混合气体的温度和体积流量。
3）将400 °C，300 bar 下的1000 m3/hr 病案系统水蒸气、1000 m3/hr 二氧化碳和1000 m3/hr甲醇等压混合，求混合气体的温度和体积流量。
【Separators】
【2.1】对于含等摩尔的正戊烷和正己烷的溶液，试计算：（1）120℉下的露点压力;（2）1atm下的泡点温度;（3）120℉,0.9atm时的气相分率,气相和液相中正戊烷的摩尔分率。(物性方法：SRK)
【2.2】将150oF和202 psia状态下进入蒸发器的液体45 mol %汽化，假设蒸发器产物的压力为200psia。采用Soave-Redlich-Kwong状态方程。用过程模拟软件确定所需的能量，各组分含量如下：
物质 | lbmol/hr |
丙烷 | 250 |
正-丁烷 | 400 |
正-戊烷 | 350 |
| |
【2.3】下列物流离开精馏塔，其状态是138psia和197.5℉。如果压力被降低（绝热）到51psia，气相分率和温度为多少？(物性方法：RK)
双碱法烟气脱硫组分 | 流量（lb mol/h） |
丙烷 | 1.00 |
异丁烷 | 297.00 |
正丁烷 | 499.79 |
异戊烷 | 400.00 |
正戊烷 | 500.00 |
| |
【2.4】使用Redlich-Kwong状态方程求取56atm和450K时氨气的摩尔体积。
【2.5】设有下列离开甲醇反应器的混合物：CO，100kmol/h；H2，200kmol/h；甲醇，100kmol/h。该气体处于100atm和300℃，试计算其比容和三组分的K值。分别采用理想气体定律、Redlich-Kwong状态方程、Redlich-Kwong-Soave状态方程，比较三个结果。
【2.6】选用合适的热力学模型估算两种丁烷异构体和四种丁烯异构体在223.5℉、276.5psia时的平衡常数Ｋ值，并将计算值与下列实验测量值（表 2.6）进行比较。假设物料的组成均为等摩尔比组成。
表 2.6 |
组分 | Ｋ值 |
Isobutane | 1.067 |
Isobutene | 1.024 |
n-Butane | 0.922 |
1-Butene | 1.024 |
Trans-2-Butene | 0.952 |
Cis-2-Butene | 复合纤维0.876 |
| |
表2.7 |
组分 | 摩尔分率 |
H2 | 0.3177 |
CH4 | 0.5894 |
C6H6 | 0.0715 |
C7H8 | 0.0214 |
| |
郭莎莎
【2.7】甲苯加氢去烷基是在高温高压下进行，过量的Ｈ2用于防止芳烃裂解生成轻质气体。实际操作中，甲苯的单程转化率仅70％，为了分离和循环氢气，反应器出来的热态流出物（5597kmol/h at 3448kpa and 408.2K）在闪蒸器中分离产物时被分凝至322Ｋ。如果反应器流出物的组成如表2.4所列，且闪蒸器的压力为3344kpa，计算离开闪蒸器的物料组成和气、液两相的流量以及闪蒸器的热负荷。比较使用不同的热力学模型时计算结果（包括闪蒸器Ｋ值、焓、熵变化）有何不同？ 使用三种热力学模型：S-R-K模型、P-R模型、L-K-P模型。
【2.8】500psia、950℉时在催化反应器内进行甲苯歧化生成苯和二甲苯的反应:，由于回收热量，反应器生成物料被一系列热交换器冷却至235℉（此时压力为490psia）。物料继续在换热器中被冷却水冷却并部分冷凝至100℉、485psia，生成的气液两相混合物进入一闪蒸器中进行两相分离。针对以下反应器出口物料的组成，在过程模拟软件中分别使用S-R-K、P-R模型计算气液两相中各物质的流量，各物质的平衡常数以及冷却水的传热速率，比较不同热力学模型计算的结果。
组分 | 反应器出口流量 （lbmol/h） |
H2 | 1900 |
CH4 | 215 |
C2H6 | 17 |
Benzene | 577 |
Toluene | 1349 |
p-Xylene | 508 |
| |
【2.9】流量为 1000 kg/hr、压力为 0.11 MPa、含乙醇 70 %w、水30 %w的饱和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽/液比（摩尔）=1/3。求离开冷凝器的汽、液两相的温度和组成。
【2.10】F=1000 kg/hr、P= 0.8 MPa、T=100 ℃含乙醇70 %w、水30 %w 的物流与F=500 kg/hr 、P= 0.6 MPa、T=70 ℃含正己烷60%、乙醇40 %w 的物流在闪蒸器中混合并绝热闪蒸到P= 0.11 MPa 。轻液相在汽相中的液沫夹带率为5%，重液相在汽相中的液沫夹带率为1%。求离开闪蒸器的汽、液、液三相的温度、质量流量和组成。分别设置乙醇和己烷为关键组份，观察输出结果有什么变化。
【2.11】流量为 1000 kg/hr、压力为 0.11 MPa、含乙醇 30 %w、正己烷 30%w、水 40 %w的饱和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽/液比（摩尔）=1/9。求离开冷凝器的汽、液、液三相的温度、质量流量和组成。
【2.12】用水（P= 0.15 MPa、T=25 ℃） 从含乙醇40 %w、正己烷60%w 的混合液（F=1000 kg/hr、P= 0.15 MPa、T=25 ℃）中回收乙醇，要求乙醇的回收率达到97%。(1)求：需要的水流量，以及水相和有机相的组成。(2)求乙醇分离效率为0.9时需要的水流
量和萃取相组成。
【2.13】流量为 1000 kg/hr、压力为 0.2 MPa 温度为 20℃、含丙酮 30%w、水 70 %w的物料进行部分蒸发回收丙酮，蒸发器热负荷为 250 kW。分析液沫夹带对汽相丙酮分率和丙酮回收率的影响。
【2.14】流量为 1000 kg/hr、压力为 0.2 MPa 温度为20℃ 、含丙酮 30%w、水 70%w的物料进行部分蒸发回收丙酮，求丙酮回收率为90%时的蒸发器温度和热负荷以及汽、液两相的流量和组成。
【2.15】把F=500 kg/hr、P= 0.15 MPa、T=20 ℃含乙醇 30 %w、正丙醇 20%w、正丁醇 10%w、水 40 %w的物流分成四股输出物流，各组份在输出物流中的分配比例为：
乙醇 0.96 : 0.02 : 0.01 : 0.01
正丙醇 0.01 : 0.95 : 0.02 : 0.02
正丁醇 0.01 : 0.05 : 0.92 : 0.02
水 0.01 : 0.02 : 0.03 : 0.94
求输出物流组成。
【2.16】从F= 500 kg/hr、P= 0.15 MPa、T= 20℃、含乙醇 60 %w、正丙醇 25%w、正丁醇 15 %w 的物流中回收乙醇，要求：乙醇浓度达到 98%w、正丁醇含量不大于 1%w;乙醇回收率达到 95%。
(1)求输出物流的组成和流量。(2)如果分离过程是在精馏塔中实现，塔顶出料是 0.11 MPa 的饱和蒸汽，塔底出料是 0.13 MPa 的饱和液体，求输出物流的温度和体积流量。
【2.17】采用膜分离装置制取富氧空气。原料空气 T = 30℃、 P = 1.013 bar、F = 500 kmol/hr，经压缩机加压到 4.5 bar后进入膜分离组件，出口压强 1.1 bar。已知膜分离组件的性能与进、出口压差及进口流量的关系由下式描述：
求富氧空气的氧浓度和体积流量，及其与进口压强的关系。
【Heat Exchangers】
【3.1】(1) 温度20℃、压力0.41 MPa、流量4000 kg/hr 的软水在锅炉中加热成为0.39 MPa的饱和水蒸气进入生蒸汽总管。求所需的锅炉供热量。
(2) 流量为1000 kg/hr （0.4 MPa ）的饱和水蒸汽用蒸汽过热器加热到过热度 100 ℃（0.39 MPa），求过热蒸汽温度和所需供热量。
(3) 流量为 1000 kg/hr、压力为 0.11 MPa、 含乙醇70 %w、 水30 %w的饱和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽/液比（摩尔）=1/3。求冷凝器热负荷
【3.2】在由和乙烯生产氯乙烯的过程中，从高温裂解炉出口的物流中含有58300 lb/h的HCl，100000 lb/h的氯乙烯，105500 lb/h的1,2-二氯乙烷，温度为500℃，压力为26atm。在进入精馏工序之前，要通过冷却和冷凝使该物流温度降至6℃，压力降至12atm。设该过程以三步完成：（1）26atm下在换热器1中冷却至露点温度；（2）经由一阀门绝热膨胀到12atm；（3）12atm下在换热器2中冷却至6℃。试确定每个换热器的热负荷。
【3.3】流量为 100 kg/hr、压力为 0.2 MPa、温度为20 ℃奥尔多的丙酮通过一电加热器。当加热功率分别为 2 kW、5 kW、10 kW 和 20 kW 时，求出口物流的状态。
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