化工设计第3章物料衡算与能量衡算.pptVIP

* * * * * * 例：氨氧化反应器的能量衡算氨氧化反应式为： 4NH3(气)+5O2(气) =4NO(气)+6H2O (气) 此反应在25℃、101.3 kPa的反应热为=-904.6 kJ/mol。 现有25℃100 mol NH3/h和200 mol O2/h连续进入反应器，氨在反应器内全部反应，产物在300℃呈气态离开反应器。操作压力为101.3 kPa，计算反应器应输入或输出的热量。 3.2 能量衡算 反应器 25℃，O2 200 mol/h NH3 100 mol/h 300℃, O2 75 mol/h H2O 150 mol/h NO 100 mol/h Q/(kJ/h) * 解：由物料衡算得到的各组分的摩尔流量示于图。 计算焓时的基准态：25℃，101.3 kPa NH3(气)，O2(气)，NO(气)，H2O (气)。 因此进口两股物料的焓均为零。计算出口物料的焓： 由手册查得300℃时O2 与H2O的值： 3.2 能量衡算 * 3.2 能量衡算 * 氨氧化反应器的能量衡算 物料 n进(mol/h) H进(mol/h) N出(mol/h) H出(mol/h) NH3 100 0 O2 200 0 75 635.25 NO 100 845.3 H2O (气) 150 1435.5 已知氨的消耗量为100 mol/h，反应的标准反应热 由此算出过程的ΔH为 =-904.6 kJ/mol，则反应放出的热量： 3.2 能量衡算 * （二）以标准生成热为基础进行衡算 进入反应器物料的热焓： 出反应器物料的热焓： 3.2 能量衡算 * 其中, 是组分i的量(kmol/h)； 是组分i的标准生成热(kJ/mol)； 是组分i的等压热容(kJ/mol.K)； 是进料组分i在基准温度下从基准相态变为进料相态时的相变热(kJ/mol)； 是出料组分i在基准温度下从基准相态变为出料相态时的相变热(kJ/mol)。 3.2 能量衡算 * 3.2 能量衡算 反应前反应物 温度：T1 恒压反应： 反应后产物 温度：T2 反应前反应物 温度：298K 反应后产物 温度：298K * 例：甲烷在连续式反应器中用空气氧化生产甲醛，副反应是甲烷完全氧化生成CO2和H2O。 CH4(气)+O2 HCHO(气)+ H2O(气) CH4(气)+2O2 CO2+2 H2O(气) 以100 mol进反应器的甲烷为基准，物料流程图如示。 反应器 25℃,CH4 100 mol 100℃,O2 100mol N2 376 mol 150℃,CH4 60mol HCHO(气) 30mol CO2 10mol H2O(气) 50mol O2 50mol N2 376 mol Q 3.2 能量衡算 * 解： 取101.3 kPa及25℃时生成各个反应物和产物的各种单质（即C、O2、H2）为基准，非反应物质N2也取101.3 kPa及25℃为基准（因25℃是气体平均摩尔热容的参考温度）。 3.2 能量衡算 kJ * 3.2 能量衡算 kJ/mol kJ kJ/mol kJ * 3.2 能量衡算 (150-25) (150-25) kJ kJ * 3.2 能量衡算 kJ kJ kJ/mol * 3.2 能量衡算 kJ kJ kJ kJ/mol kJ/mol * 3.2 能量衡算 * 3.2 能量衡算 （一）以标准反应热为基础进行衡算 （二）以标准生成热为基础进行衡算 第二种方法可以转化为第一种方法： 主要将由标准生成热先计算标准反应热，然后再使用第一种方法。 两种方法： * 由标准生成热△Hf计算标准反应热△Hr 1）标准生成热△Hf 在1atm、25℃由稳定状态的单质生成1 mol化合物的恒压反应热。 规定在标准态下（1atm、25℃）处于稳定状态的单质的 △ Hf =0 2）由标准生成热计算标准反应热△Hr 根据盖斯定律-化学反应热只决定于物质的初态和终态，与过程的途径无关，则： △Hr= ∑生成物 ui（△Hf ）－ ∑反应物ui（△Hf） 3.2 能量衡算 * IV. 等温反应过程的热量衡算 对于等温反应器: T进=T出=TE 若忽略动能、势能的变化，则普遍能量平衡式可写成： Q= 3.2 能量衡算 * 例：某连续等温反应器在400℃进行下列反应： CO (气)+ H2O CO2 (气)+ H2(气) 假定原料在温度为400℃在时按照化学计量比送入反应器。要求CO的转化率为90%，试计算使反应器内的温度稳定在400℃时所需传递的热量。 反应器 1 mol CO(气) 400℃ 1 mol H2O