【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 :04 單元 4 單一化工過(guò)程能量衡算 33 二 、 手工計(jì)算溶解與混合過(guò)程熱效應(yīng) (3)例 48 用 100℃ HCl(g)和 25℃ 水產(chǎn) 40℃ 20%(質(zhì)量 %)鹽酸水溶液 1000kg/h,試計(jì)算吸收裝置與外界交換的熱量為多少 kJ/h? 解 :由題意畫(huà)出過(guò)程示意圖 (一 )物料衡算 基準(zhǔn)： 1000kg20%(質(zhì)量 %)鹽酸 (或 1h) nHCl=1000 20%/=n水 =1000 80%/18=(二 )能量衡算 基準(zhǔn)： 25℃ 、 H2O(l)、 HCl(g) 為便于計(jì)算，現(xiàn)設(shè)計(jì)以下途徑： ＋ ?H ? ??H1 ??H2 ??H4 ＋ ?H3 ? 25℃ 、 H2O(l) 100℃ 、 HCl(g) 40℃ 、 20%（質(zhì)量 %） HCl(溶液 ) 1000kg 25℃ 、 H2O(l) 25℃ 、 HCl(g) 25℃ 、 20%（質(zhì)量 %） HCl(溶液 ) 1000kg 12:04 單元 4 單一化工過(guò)程能量衡算 34 二 、 手工計(jì)算溶解與混合過(guò)程熱效應(yīng) (3)例 48 則 :?H=?H1+?H2+?H3+?H4 ① ?H1的計(jì)算 :?H1=0 ② ?H2的計(jì)算 :?H2=ncp(T0－ T1) 查得 :cpHCl=(kmol?K) 故 :?H2= (25－ 100)=－ 104kJ/h ③ ?H3的計(jì)算 :將 20%(質(zhì)量 %)HCl溶液化成 H2O與 HCl摩爾數(shù)之比的濃度為 :n0/n1=(80/18)/(20/)=； 由表 48查得 : ?hs0 =－ 故 :?H3=nHCl ?hs0 = 103 (－ )=－ 105kJ/h ④ ?H4的計(jì)算 :?H4=ncp (T2－ T0) 由手冊(cè)查得 :cp =(kg?K) 故 :?H4=1000 (40－ 25)= 104kJ/h 所以： ?H=??Hi=－ 105kJ/h 即吸收過(guò)程中需移出熱量 105kJ/h 返回 12:04 單元 4 單一化工過(guò)程能量衡算 35 二 、 手工計(jì)算溶解與混合過(guò)程熱效應(yīng) (4)例 49將 78%(質(zhì)量 %)的 H2SO4加水稀釋為 25%,試計(jì)算 :(1)配制1000kg25%的 H2SO4需 78%的 H2SO4和水各為多少 ?(2)稀釋過(guò)程的放熱量 ?(3)該過(guò)程能否在絕熱條件下進(jìn)行 ?若能 ,則終溫為多少 ?已知 25% H2SO4的恒壓熱容為 (kg?K),且可視為常數(shù)。 解：物料衡算基準(zhǔn)為 1000kg25%的 H2SO4 ① 物料衡算求出 78%的 H2SO4的量 m1和加水量 m0 由酸平衡得： 1000?25%=78% m1?m1=、 m2= ② 求稀釋過(guò)程的放熱量 由題意畫(huà)出稀釋過(guò)程示意圖 則： Q=?H=?H2??H1 12:04 單元 4 單一化工過(guò)程能量衡算 36 二、 手工計(jì)算溶解與混合過(guò)程熱效應(yīng) (4)例 49 將質(zhì)量 %換算成 H2O( l )/H2SO4mol之比 78%H2SO4?(n0/n1)1=22/18/(78/98)= 25%H2SO4?(n0/n1)2=75/18/(25/98)= 查表 48得： (?hs0)1=?、 (?hs0)2=?∴ ?hDil0=??(?= ? kJ/mol ∴ Q=n?hDil0=1000?25%?103?(?)/98= ??104 kJ ③ 判斷能否在絕熱下混合 則： Q=?H=?H1+?H2=0 ?H1=??104 kJ、 ?H2=mcp(t2?t0)=1000?(t2?25) 即： 3347(t2?25)=?104?t2=℃ 查得： 25%H2SO4的泡點(diǎn)為 tb=105℃ ∵ t2＜ tb∴ 該過(guò)程可在絕熱下進(jìn)行 返回 12:04 單元 4 單一化工過(guò)程能量衡算 37 三、 采用 Excel計(jì)算溶解與混合過(guò)程熱效應(yīng) 例 410 25℃ 、 101325Pa下 200gH2SO4溶于水形成 40%H2SO4(質(zhì) )溶液時(shí)所放出的熱量 ? 方法 (1)單元格驅(qū)動(dòng) ,線性內(nèi)插 方法 (2)編寫(xiě)成可利用質(zhì)量 %濃度直接查得標(biāo)準(zhǔn)積分溶解熱的自定義函數(shù) HSNH2SO4直接計(jì)算 12:04 單元 4 單一化工過(guò)程能量衡算 38 三、 采用 Excel計(jì)算溶解與混合過(guò)程熱效應(yīng) 例 411 利用 ExcelVBA自定義函數(shù) HsnH2SO4計(jì)算100kg50%H2SO4與 80kg90%H2SO4在 25℃ 、 101325Pa下混合的熱效應(yīng)。 返回 12:04 單元 4 單一化工過(guò)程能量衡算 39 四、 采用 ChemCAD計(jì)算溶解與混合過(guò)程熱效應(yīng) 例 49 在 25℃ 、 p0下將 78%(質(zhì)量 %)硫酸稀釋成 25%硫酸 ,試計(jì)算配制 1000kg、 25%硫酸水溶液時(shí) :① 78%硫酸與水各用多少kg? ② 稀釋過(guò)程放熱量 ?(3)該過(guò)程能否在絕熱條件下進(jìn)行 ?若能 ,則終溫為多少 ? 返回 12:04 單元 4 單一化工過(guò)程能量衡算 40 任務(wù) 4 計(jì)算化學(xué)反應(yīng)過(guò)程熱效應(yīng) 知識(shí)目標(biāo)：掌握標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱的計(jì)算方法 ， 掌握任意溫度下化學(xué)反應(yīng)熱的計(jì)算原理和方法 。 能力目標(biāo)：能用 Excel、 ChemCAD計(jì)算化學(xué)反應(yīng)熱 。 一 、 化學(xué)反應(yīng)熱的計(jì)算方法 (一 ) 由標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱計(jì)算反應(yīng)過(guò)程熱效應(yīng) （ 1） 由標(biāo)準(zhǔn)生成熱數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱 （ 2） 由標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱 (二 ) 由任意溫度下的反應(yīng)熱數(shù)據(jù) ?hR=f(T)計(jì)算過(guò)程反應(yīng)熱 二 、 手工計(jì)算化學(xué)反應(yīng)熱 三 、 采用 Excel計(jì)算化學(xué)反應(yīng)熱 四 、 采用 ChemCAD計(jì)算化學(xué)反應(yīng)熱 返回 12:04 單元 4 單一化工過(guò)程能量衡算 41 任務(wù) 4 計(jì)算化學(xué)反應(yīng)過(guò)程熱效應(yīng) 一 、 化學(xué)反應(yīng)熱的計(jì)算方法 ?H=?H1+?HR0+?H2=0 (420) (一 ) 由標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱計(jì)算反應(yīng)過(guò)程熱效應(yīng) （ 1） 由標(biāo)準(zhǔn)生成熱數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱 ? ? ? ?0 0 0 0R R , ,r e a c t a n tp r o d u c t ( 4 2 1 )j f j i f ijiq h h h??? ? ? ? ? ???QR0=?HR0=n反 ?hR0 返回 12:04 單元 4 單一化工過(guò)程能量衡算 42 任務(wù) 4 計(jì)算化學(xué)反應(yīng)過(guò)程熱效應(yīng) 一 、 化學(xué)反應(yīng)熱的計(jì)算方法 ?H=?H1+?HR0+?H2=0 (420) (一 ) 由標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱計(jì)算反應(yīng)過(guò)程熱效應(yīng) （ 2） 由標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱 QR0=?HR0=n反 ?hR0 ? ? ? ?0 0 0 0R R , ,r e a c t a n t p r o d u c t ( 4 2 2 )i c i j c jijq h h h??? ? ? ? ? ???返回 12:04 單元 4 單一化工過(guò)程能量衡算 43 任務(wù) 4 計(jì)算化學(xué)反應(yīng)過(guò)程熱效應(yīng) 一 、 化學(xué)反應(yīng)熱的計(jì)算方法 (二 )由任意溫度下的反應(yīng)熱數(shù)據(jù) ?hR=f(T)計(jì)算過(guò)程反應(yīng)熱 當(dāng)已知反應(yīng)熱與反應(yīng)溫度之間的關(guān)系時(shí) ,如合成氨 CO變換反應(yīng)的熱效應(yīng) : ?hR=f(T)=10681???10?4T 2+?10?6T 3 QR=?H=?H1+?H2=0 通常情況下采用途徑 (A): 11 TRhnH ??? 反0)()( 12022R0co0 1 ????? ttxxhyn pmT如 NH3中 CO變換反應(yīng) : 12:04 單元 4 單一化工過(guò)程能量衡算 44 一 、 化學(xué)反應(yīng)熱的計(jì)算方法 (二 ) 由任意溫度下的反應(yīng)熱數(shù)據(jù) ?hR=f(T)計(jì)算過(guò)程反應(yīng)熱 以上 (A),(B)兩種計(jì)算過(guò)程 ,當(dāng)已知的恒壓熱容為溫度的函數(shù)關(guān)系式 ,即cp=f(T)時(shí) ,則計(jì)算需試差法 ,如通常解出的是一個(gè)帶溫度的一元三次以上的非線 性 方 程 , 常用Newton迭代法 。 0)()( 12022R0co0 1 ????? ttxxhyn pmT任務(wù) 4 計(jì)算化學(xué)反應(yīng)過(guò)程熱效應(yīng) 返回 12:04 單元 4 單一化工過(guò)程能量衡算 45 二 、 手工計(jì)算化學(xué)反應(yīng)熱 例 412 甲醇氧化制造甲醛的反應(yīng)式為： CH3OH(l)+(g)?HCHO(g)+H2O(g) 試用標(biāo)準(zhǔn)生成熱數(shù)據(jù)計(jì)算上述標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱 。 解 :由附錄表 110查得各組分的標(biāo)準(zhǔn)生成熱數(shù)據(jù)如下： ?hR0= ? ??(?)= ? kJ/mol CH3OH(l) 任務(wù) 4 計(jì)算化學(xué)反應(yīng)過(guò)程熱效應(yīng) 組 分 CH3OH(l) HCHO(g) H2O(g) ?hf,i0 kJ/mol ? ? ? ? ? ? ?0 0 0 0R R , ,r e a c t a n tp r o d u c t ( 4 2 1 )j f j i f ijiq h h h??? ? ? ? ? ???則由式 (421)得 : 返回 12:04 單元 4 單一化工過(guò)程能量衡算 46 二 、 手工計(jì)算化學(xué)反應(yīng)熱 例 413 由標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱數(shù)據(jù)計(jì)算乙烷脫氫的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱 。 解：乙烷脫氫的反應(yīng)為： C2H6(g)?C2H4(g)+H2(g) 由附錄表 111查得各組分的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱數(shù)據(jù)如下： ?hR0= ? ?(?1411 ? )= kJ/mol C2H6(g) 任務(wù) 4 計(jì)算化學(xué)反應(yīng)過(guò)程熱效應(yīng) 組 分 C2H6(g) C2H4(g) H2(g) ?hc,i0 kJ/mol ? ?1411 ? 則由式 (422)得 : ? ? ? ?0 0 0 0R R , ,r e a c t a n t p r o d u c t ( 4 2 2 )i c i j c jijq h h h??? ? ? ? ? ???返回 12:04 單元 4 單一化工過(guò)程能量衡算 47 二 、 手工計(jì)算化學(xué)反應(yīng)熱 例 413 由標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱數(shù)據(jù)計(jì)算乙烷脫氫的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱 。 (改為采用標(biāo)準(zhǔn)生成熱計(jì)算 ) 解：乙烷脫氫的反應(yīng)為： C2H6(g)?C2H4(g)+H2(g) 由附錄表 111查得各組分的標(biāo)準(zhǔn)生成熱數(shù)據(jù)如下： ?hR0= ?(?)= kJ/mol C2H6(g) 任務(wù) 4 計(jì)算化學(xué)反應(yīng)過(guò)程熱效應(yīng) 組 分 C2H6(g) C2H4(g) H2(g) ?hf,i0 kJ/mol ? 0 則由式 (421)得 : 返回 ? ? ? ?0 0 0 0R R , ,r e a c t a n tp r o d u c t ( 4 2 1 )j f j i f ijiq h h h??? ? ? ? ? ???12:04 單元 4 單一化工過(guò)程能量衡算 48 二、 手工計(jì)算化學(xué)反應(yīng)熱 補(bǔ)充例題甲醇氧化制甲醛反應(yīng)式為 :CH3OH+?HCHO+H2O,若入口溫度為 70℃ ,問(wèn)： （ 1） 假設(shè)只發(fā)生主反應(yīng)且 100％ 完全 ,當(dāng)進(jìn)料中有 10mol甲醇和 100mol空氣時(shí) ,絕熱反應(yīng)溫度應(yīng)是多少 ？ （ 2） 若有 5％ 的甲醇完全氧化成 CO2和 H2O:CH3OH+?CO2+2H2O,其余均轉(zhuǎn)化成甲醛 ,為保持絕熱反應(yīng)溫度為 540℃ ,甲醇 /空氣摩爾比應(yīng)多大 ? 解： （ 1） 只考慮單一反應(yīng)時(shí) ① 經(jīng)物料衡算得進(jìn)出口反應(yīng)物 、 生成物如下表： 入 口 出 口 組 分 CH3OH ai