【正文】 進反應器的氣體MF由新鮮原料FF和循環(huán)氣RC組成，混合過程無化學反應，該三股物流中各組分的物質的量和摩爾分數列于下表最后，圍繞總系統做物料衡算，輸入物料是新鮮原料氣（FF），輸出物料是產物（P）和排放氣（W），吸收劑（水）的輸入量與輸出量不變，可不考慮，所以衡算圖可表示為因為系統中有兩個反應，組分也較多，為簡便起見，擬用元素的原子平衡法來進行物料衡算。即二、反應過程的熱量衡算1封閉系統反應過程的熱量衡算對于化學反應體系，其宏觀動能和位能的變化相對于反應熱效應和傳熱量而言是極小的，可以忽略不計。通常涉及到的能量形式是內能、功和熱，它們的關系遵從下式式中ΔU為內能變化；Q為系統與環(huán)境交換的熱量（規(guī)定由環(huán)境向系統傳熱時，Q取正號；而由系統向環(huán)境傳熱時，Q取負號）；W為系統與環(huán)境交換的功（規(guī)定由環(huán)境向系統作功時，W取負號；而由系統向環(huán)境作功時，w取正號）。2穩(wěn)態(tài)流動反應過程的熱量衡算絕大多數化工生產過程都是連續(xù)操作的，有物料的輸入和輸出，屬于開口系統。對于一個設備或一套裝置來說，進、出系統的壓力變化不大（即相對總壓而言，壓降可忽略不什），可認為是恒壓過程。穩(wěn)態(tài)流動反應過程就是一類最常見的恒壓過程，在該系統內無能量積累，輸入該系統的能量為輸入物料的內能Uin和環(huán)境傳人的熱量Qp之和（ 如果熱量由系統傳給環(huán)境，Qp應取負號，故也可放在輸入端）；輸出該系統的能量為輸出物料的內能Uout 和系統對外作的功之和（如果是環(huán)境對系統作功， W符號應取負號，故仍可放在輸出端）。其能量衡算式為大多數反應過程不作非體積功，所以上式可寫成此式也適用于宏觀動能變化和位能變化可忽略不計的傳熱、傳質過程，如熱交換器，蒸餾塔等。對于穩(wěn)態(tài)流動系統，始態(tài)的焓Hin為輸入的所有物料的焓之和，終態(tài)的焓Hout為輸出物料的焓之和。圖211表示了一個穩(wěn)態(tài)流動反應過程的熱量衡算方框圖。如果反應器與環(huán)境無熱交換，Qp等于零，稱之為絕熱反應器，輸入物料的總焓等子輸出物料的總焓；Qp不等于零的反應器有等溫反應器和變溫反應器。等溫反應器內各點及出口溫度相同，人口溫度嚴格地說也應相同，在生產中可以有一些差別。而變溫反應器的人口、出口及器內各截面的溫度均不相同。由于內能絕對值難以測定，因此焓的絕對值也難測定。但是，由一種狀態(tài)變化到另一種狀態(tài)的焓變是可測定的。因為焓與狀態(tài)有關，現在科學界統一規(guī)定物質的基態(tài)為： K、壓力是 kPa（現為100 kPa）以及物質處于最穩(wěn)定物相的狀態(tài)。并規(guī)定處于基態(tài)的元素或純單質的焓為“零’。根據以上規(guī)定，可知每種物質在任意狀態(tài)的焓為上式的等號右邊第一項是在基態(tài)由元索轉變成該物質的生成焓變（或標準生成熱），第二項是該物質由298K恒壓變溫到溫度T的顯焓變，n為物質的量。由此，式（250）可寫為在許多物理化學手冊、化工工藝手冊和化工設計有關文獻收集有許多生成熱、熔融熱、蒸發(fā)熱和熱容等數據，供查閱和利用。在做熱量衡算時應注意以下幾點：①首先要確定衡算對象。即明確系統及其周圍環(huán)境的范圍，從而明確物料和熱量的輸入項和輸出項。②選定物料衡算基準。進行熱量衡算之前，一般要進行物料衡算求出各物料的量，有時物、熱衡算方程式要聯立求解，均應有同一物料衡算基準。③確定溫度基準。各種焓值均與狀態(tài)有關，多數反應過程在恒壓下進行，溫度對焓值影響很大，許多文獻資料、手冊的圖表、公式中給出的各種焓值和其他熱力學數據均有其溫度基準，一般多以 298 K（或273 K）為基準溫度。④注意物質的相態(tài)。同一物質在相變前后是有焓變的，計算時一定要清楚物質所處的相態(tài)。3化學反應過程中涉及的焓變化學反應過程一般在非標準狀態(tài)下進行，涉及的焓變類型較多，見圖212。圖中TT2和pp2分別為任意狀態(tài)下的溫度和壓力，T0、p0為標準溫度、壓力。因為焓是狀態(tài)函數，與變化途徑無關，所以可寫出非標準狀態(tài)下反應過程的總焓變?yōu)樯鲜街猩婕暗降撵首冇腥悾质鋈缦?。?）相變過程的燴變 這是在溫度、壓力和組成不變的條件下，物質由一種相態(tài)轉變?yōu)榱硪环N相態(tài)而引起的焓變。相態(tài)發(fā)生變化時系統與環(huán)境交換的熱量稱為相變熱，在數值上等于相變過程的焓變。諸如蒸發(fā)熱、熔融熱、溶解熱，升華熱、晶形轉變熱等即屬于相變熱，在許多化學化工文獻和手冊中有各種物質的相變熱，也可用實驗測定。應注意，在不同溫度、壓力下，同種物質的相變熱數值是不同的，用公式計算時還應注意其適用范圍和單位。 （2）反應的焓變 這是在相同的始、末溫度和壓力條件下，由反應物轉變?yōu)楫a物并且不做非體積功的過程焓變。此時系統所吸收或放出的熱量稱為反應熱，在數值上等于反應過程的焓變（ΔHR）。放熱反應的乙ΔHR＜0，反之，吸熱反應的ΔHR＞0。反應熱的單位一般為kj/mol。應注意同一反應在不同溫度的反應熱是不同的，但壓力對反應熱的影響較小。根據式（253）可求出實際反應條件下的反應熱。標準反應熱（ΔHR?）可在許多化學、化工文獻資料和手冊中查到。此外還可以用物質的標準生成焓變（數值上等于標準生成熱）來計算標準反應熱標準生成熱的定義為：在標準狀態(tài)（）下，由最穩(wěn)定的純凈單質生成單位量的最穩(wěn)定某物質的焓變，單位為kj/mol。（3）顯焓變 只有溫度、壓力變化而無相變和化學變化的過程的焓變，稱為顯焓變。該變化過程中系統與環(huán)境交換的熱稱為顯熱，在數值上等于顯焓變。對于等溫變壓過程，一般用焓值表或曲線查找物質在不同壓力下的焓值，直接求取顯焓變。對于理想氣體，等溫過程的內能變化和顯焓變均為零。對于變溫過程，如果有焓值表可查，則應盡量利用，查出物質在不同狀態(tài)的焓值來求焓差。也可利用熱容數據來進行計算。其中又分等容變溫和等壓變溫兩種變化過程。當過程的溫度變化不太大時，也可近似地?。?T1＋ T2）/2時的摩爾熱容作為物質平均摩爾熱容。③混合物的摩爾熱容4 反應過程熱量衡算舉例首先選取100kmol的原料天然氣作為物料衡算的基準。根據原料配比，熱量衡算 （l）已知數據反應器進、出口各物料量見前面物料衡算結果；基準溫度取298K。反應器人口溫度為370℃（643K），出口溫度為780℃（1053 K），各組分在對應溫度下的平均摩爾熱容值以及各組分在298 K的生成熱可從化工手冊查出。列于下表中。由上計算結果可看到收入總熱量與支出總熱量基本相等，熱量是平衡的。％，天然氣燃燒提供的熱量大量用于維持反應所需的高溫，因而高溫的轉化氣和煙道氣帶走了70％的熱量。為了回收這些熱量，設置了許多熱交換器，以使利用煙道氣的顯熱來預熱各種原料，并采用廢熱鍋爐回收高溫轉化氣的顯熱，具體流程和設備見第后面天然氣蒸汽轉化一節(jié)。[例2－6 ] 在常壓和催化劑作用下，可使甲醇氧化脫氫生成甲醛，發(fā)生的反應有：假設反應是絕熱進行，與外界無熱交換；加人到反應器的原料配比為甲醇／空氣=1/（摩爾比）；原料氣的溫度 600k。產物經冷卻冷凝 ,分離出液態(tài)甲醛、水和剩余甲醇，％O％N％H%CO2。求反應產物在剛離開反應器時的溫度是多少？解：該過程的簡圖為因為平均摩爾熱容與溫度T有關，現在尚未知反應器出口溫度，故對應的平均摩爾熱容也未知，這就需要用試差法由上式求出T。通常利用計算機進行迭代法試差，具體試差過程從略。結果求得產物氣離開反應器時的溫度T=822 K，最后兩次試差值的粗對誤差為2％，已滿足需要。43 /