热效应.ppt

2004/03/10 Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics Chapter 4 Heat effects Smith 熱功計算是化學工業程序中的主流需求之一 以乙二醇製造為例 確知反應溫度 原料預熱加熱 燃燒放熱 溶解放熱 水合放熱 蒸餾須加熱 輕相冷凝放熱 顯熱 由於溫度變化之熱效應 熱力學定律之定義 內能 內能計算之架構 由相律確定數學函數的變數個數 全微分之內能變化式 在大部分程序系統中內能之定溫下體積效應可忽略 恆容程序 熱量及內能變化與溫度之關係 另一個能量函數焓 焓計算之架構如同內能 但選用之自變數不同 恆壓熱容量之溫度效應 熱力性質之計算 計算該狀態下虛擬理想氣體狀態之性質 修正到真實氣體的熱力性質 理想氣體的恆容熱容量與恆壓熱容量有一個關係式 理想氣體的恆容熱容量與恆壓熱容量的取得方式 實驗量測 用統計力學的方法估計 用文獻方法估算 理想氣體混合物之熱容量計算 顯熱的積分計算 一系統已知進出系統之物流的溫度 計算熱效應(熱傳量) 熱容量溫度積分之副程式 一系統出口溫度未知 計算出口溫度 平均熱容量之副程式 系統計算出口溫度需用到疊代程序 潛熱 由於相變化之熱效應 本書列有三種估算熱力模式 Clapeyron 方程式 Riedel模式 Waston模式 Waston 模式 標準反應熱用途？ 標準狀態的選定 氣體 液體與固體 標準形成熱用途？ 由元素反應形成之熱效應 標準燃燒熱用途？ 容易實驗量測 標準反應熱的溫度效應 目標在另一溫度下之反應熱為多少呢？ 定義化學反應計量係數 選用氨氣的反應為例 總焓變化值由三個程序來計算 計算程序介紹 標準反應熱有兩種計算方式，採第2行式子 標準狀態焓是溫度的函數，如第6行式子應用2行式子作微分 反應物與產物之核算差值(一降溫一升溫)由成分恆壓熱容量與計量係數計算如第11行式子 反應熱的溫度效應數學式為第13行式子 計算式為第17.18行式子 例題4-6計算說明 繪製流程方塊圖 寫出能量平衡式，並作各個能量項的分析 進出口物流溫度皆已知 標準反應熱(298 K) 標準反應熱的溫度效應計算式也已經推導得到 可採用兩種電腦副程式作計算 詳細計算資訊與程序 可將計算式設計在 Microsoft Excel 應用軟體中 兩種計算式之詳細內容與變數定義如右 提供數據 用計算機或計算器計算 終於算出熱(Q)傳量, 1 bar 工業程序中之計算有兩類 熱效應計算 程序溫度之計算 例題4-7計算說明 繪製方塊流程圖 設定計算基準 質量平衡處理計算以求取成分物種與組成 繪製程序焓變化示意圖 寫出能量平衡式，並作各個能量項的分析 計算程序溫度，只能選用平均熱容量(溫度效應)之副程式作計算 引入平均熱容量之混合物組成關係式 疊代計算囉 例題4-8計算說明 繪製方塊流程圖 寫出主反應方程式 寫出副反應分程式 定義副反應之效應量可也三種分析法 Case 1 有x CO殘存 Case 2 有x CO2形成 Case 3 有x CH4主反應 總莫耳數相等 以 case 1 x=0.87 mol 繪製流程方塊圖 繪製焓計算軌跡圖 寫出能量平衡式，並分析各能量項 得出結算式 計算化學反應混合物的平均熱容量與溫度效應焓變化 計算化學生成混合物的平均熱容量與溫度效應焓變化 請算Q值 例題4-9計算說明 題目分析 燃燒反應式 燃料化學式 出口組成分析 選定計算基準 繪製流程方塊圖 計算燃油化學示量式 碳C 的質量平衡 氧O2 的質量平衡 進入氧量 燃燒氣出口氧量 氧的差異量生成水 H2O 計算水生成量 計算氫 H 原子數量 碳氫原子數已算出化學計量式 寫出化學反應方程式 燃油燃燒之質量平衡 氫量換算 碳量換算 繪製焓計算軌跡圖 燃燒效率計算式 寫出能量平衡式，分析各能量項目 總燃燒熱計算 燃燒熱計算 產物之溫度熱效應計算 熱傳量計算 燃燒效率計算 劇情如何發展？ 敬請期待！ Chapter 4.Heat effects * Chapter 4.Heat effects