【正文】 結(jié)果求得產(chǎn)物氣離開反應(yīng)器時(shí)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。求反應(yīng)產(chǎn)物在剛離開反應(yīng)器時(shí)的溫度是多少？解：該過程的簡圖為因?yàn)槠骄枱崛菖c溫度T有關(guān)，現(xiàn)在尚未知反應(yīng)器出口溫度，故對應(yīng)的平均摩爾熱容也未知，這就需要用試差法由上式求出T。[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(yīng)有：假設(shè)反應(yīng)是絕熱進(jìn)行，與外界無熱交換；加人到反應(yīng)器的原料配比為甲醇／空氣=1/（摩爾比）；原料氣的溫度 600k。％，天然氣燃燒提供的熱量大量用于維持反應(yīng)所需的高溫，因而高溫的轉(zhuǎn)化氣和煙道氣帶走了70％的熱量。列于下表中。根據(jù)原料配比，熱量衡算 （l）已知數(shù)據(jù)反應(yīng)器進(jìn)、出口各物料量見前面物料衡算結(jié)果；基準(zhǔn)溫度取298K。當(dāng)過程的溫度變化不太大時(shí)，也可近似地?。?T1＋ T2）/2時(shí)的摩爾熱容作為物質(zhì)平均摩爾熱容。也可利用熱容數(shù)據(jù)來進(jìn)行計(jì)算。對于理想氣體，等溫過程的內(nèi)能變化和顯焓變均為零。該變化過程中系統(tǒng)與環(huán)境交換的熱稱為顯熱，在數(shù)值上等于顯焓變。此外還可以用物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓變（數(shù)值上等于標(biāo)準(zhǔn)生成熱）來計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱標(biāo)準(zhǔn)生成熱的定義為：在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（）下，由最穩(wěn)定的純凈單質(zhì)生成單位量的最穩(wěn)定某物質(zhì)的焓變，單位為kj/mol。根據(jù)式（253）可求出實(shí)際反應(yīng)條件下的反應(yīng)熱。反應(yīng)熱的單位一般為kj/mol。此時(shí)系統(tǒng)所吸收或放出的熱量稱為反應(yīng)熱，在數(shù)值上等于反應(yīng)過程的焓變（ΔHR）。應(yīng)注意，在不同溫度、壓力下，同種物質(zhì)的相變熱數(shù)值是不同的，用公式計(jì)算時(shí)還應(yīng)注意其適用范圍和單位。相態(tài)發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)與環(huán)境交換的熱量稱為相變熱，在數(shù)值上等于相變過程的焓變。因?yàn)殪适菭顟B(tài)函數(shù)，與變化途徑無關(guān)，所以可寫出非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下反應(yīng)過程的總焓變?yōu)樯鲜街猩婕暗降撵首冇腥?，分述如下?化學(xué)反應(yīng)過程中涉及的焓變化學(xué)反應(yīng)過程一般在非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進(jìn)行，涉及的焓變類型較多，見圖212。④注意物質(zhì)的相態(tài)。③確定溫度基準(zhǔn)。②選定物料衡算基準(zhǔn)。在做熱量衡算時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①首先要確定衡算對象。根據(jù)以上規(guī)定，可知每種物質(zhì)在任意狀態(tài)的焓為上式的等號(hào)右邊第一項(xiàng)是在基態(tài)由元索轉(zhuǎn)變成該物質(zhì)的生成焓變（或標(biāo)準(zhǔn)生成熱），第二項(xiàng)是該物質(zhì)由298K恒壓變溫到溫度T的顯焓變，n為物質(zhì)的量。因?yàn)殪逝c狀態(tài)有關(guān)，現(xiàn)在科學(xué)界統(tǒng)一規(guī)定物質(zhì)的基態(tài)為： K、壓力是 kPa（現(xiàn)為100 kPa）以及物質(zhì)處于最穩(wěn)定物相的狀態(tài)。由于內(nèi)能絕對值難以測定，因此焓的絕對值也難測定。等溫反應(yīng)器內(nèi)各點(diǎn)及出口溫度相同，人口溫度嚴(yán)格地說也應(yīng)相同，在生產(chǎn)中可以有一些差別。圖211表示了一個(gè)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)反應(yīng)過程的熱量衡算方框圖。其能量衡算式為大多數(shù)反應(yīng)過程不作非體積功，所以上式可寫成此式也適用于宏觀動(dòng)能變化和位能變化可忽略不計(jì)的傳熱、傳質(zhì)過程，如熱交換器，蒸餾塔等。對于一個(gè)設(shè)備或一套裝置來說，進(jìn)、出系統(tǒng)的壓力變化不大（即相對總壓而言，壓降可忽略不什），可認(rèn)為是恒壓過程。通常涉及到的能量形式是內(nèi)能、功和熱，它們的關(guān)系遵從下式式中ΔU為內(nèi)能變化；Q為系統(tǒng)與環(huán)境交換的熱量（規(guī)定由環(huán)境向系統(tǒng)傳熱時(shí)，Q取正號(hào)；而由系統(tǒng)向環(huán)境傳熱時(shí)，Q取負(fù)號(hào)）；W為系統(tǒng)與環(huán)境交換的功（規(guī)定由環(huán)境向系統(tǒng)作功時(shí)，W取負(fù)號(hào)；而由系統(tǒng)向環(huán)境作功時(shí)，w取正號(hào)）。5 反應(yīng)過程物斜衡算舉例 進(jìn)反應(yīng)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(xué)反應(yīng)，該三股物流中各組分的物質(zhì)的量和摩爾分?jǐn)?shù)列于下表最后，圍繞總系統(tǒng)做物料衡算，輸入物料是新鮮原料氣（FF），輸出物料是產(chǎn)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?yàn)橄到y(tǒng)中有兩個(gè)反應(yīng)，組分也較多，為簡便起見，擬用元素的原子平衡法來進(jìn)行物料衡算。第七步，報(bào)告計(jì)算結(jié)果。有幾個(gè)未知數(shù)則應(yīng)列出幾個(gè)獨(dú)立的方程式，這些方程式除物料衡算式外，有時(shí)尚需其他關(guān)系式，諸如組成關(guān)系約束式、化學(xué)平衡約束式、相平衡約束式、物料量比例等等。第四步，收集或計(jì)算必要的各種數(shù)據(jù)，要注意數(shù)據(jù)的適用范圍和條件。用單位量原料為基準(zhǔn)，便于計(jì)算產(chǎn)率；用單位時(shí)間為基準(zhǔn)，便于計(jì)算消耗指標(biāo)和設(shè)備生產(chǎn)能力。衡算基準(zhǔn)的選擇以計(jì)算方便為原則，可以選取與衡算系統(tǒng)相關(guān)的任何一股物料或其中某個(gè)組分的一定量作為基準(zhǔn)。第三步，選定衡算基準(zhǔn)。第二步寫出化學(xué)反應(yīng)方程式并配平之。第一步，繪出流程的方框圖，以便選定衡算系統(tǒng)。可以不涉及化學(xué)反應(yīng)式中的化學(xué)計(jì)量關(guān)系，故對于復(fù)雜反應(yīng)體系的計(jì)算是很方便的。對其中某個(gè)組分i的衡算式可寫為 因?yàn)樯鲜街芯鶠榻M分i的量，分子量相同，故也可以用物質(zhì)的量來進(jìn)行組分變i的衡算；惰性物質(zhì)不參加反應(yīng)，若在進(jìn)，出物料中數(shù)量不變，常用來作聯(lián)系物料進(jìn)行衡算，使汁算簡化。穩(wěn)定流動(dòng)過程的物料衡算式為對于無化學(xué)反應(yīng)過程，諸如混合、蒸餾、干燥等也可用物質(zhì)的量來進(jìn)行衡算。其特點(diǎn)是系統(tǒng)中各點(diǎn)的參數(shù)例如溫度、壓力、濃度和流量等不隨時(shí)間而變化，系統(tǒng)中沒有積累。3 穩(wěn)定流動(dòng)過程的物抖衡算生產(chǎn)中絕大多數(shù)化工過程力連續(xù)式操作，設(shè)備或裝置可連續(xù)運(yùn)行很長時(shí)間，除了開工和停工階段外，在絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)是處于穩(wěn)定狀態(tài)的流動(dòng)過程。分批投料和分批出料也屬于間歇操作。物料衡算的理論依據(jù)是質(zhì)量守恒定律，按此定律寫出衡算系統(tǒng)的物料衡算通式為2 間歇操作過程的物料衡算間歇操作屬批量生產(chǎn)，即一次投料到反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完成后一次出料，然后再進(jìn)行第二批生產(chǎn)。一、反應(yīng)過程的物料衡算1 物料衡算基本方程式物料衡算總是圍繞一個(gè)特定范圍來進(jìn)行的，可稱此范圍為衡算系統(tǒng)。 第五節(jié) 反應(yīng)過程的物料衡算和熱量衡算（在化工設(shè)計(jì)中講）物料衡算和熱量衡算是化學(xué)工藝的基礎(chǔ)之一，通過物料、熱量衡算，計(jì)算生產(chǎn)過程的原料消耗指標(biāo)、熱負(fù)荷和產(chǎn)品產(chǎn)率等，為設(shè)計(jì)和選擇反應(yīng)器和其他設(shè)備的尺寸、類型及臺(tái)數(shù)提供定量依據(jù)；可以核查生產(chǎn)過程中各物料量及有關(guān)數(shù)據(jù)是否正常，有否泄漏，熱量回收、利用水平和熱損失的大小，從而查出生產(chǎn)上的薄弱環(huán)節(jié)和限制部位，為改善操作和進(jìn)行系統(tǒng)的最優(yōu)化提供依據(jù)。裝填要均勻，避免出現(xiàn)“架橋”規(guī)象，以防止反應(yīng)工況惡化。4催化劑的運(yùn)輸、貯存和裝卸催化劑一般價(jià)格較貴，要注意保護(hù)。但無論是暫時(shí)性中毒后的再生還是積碳后的再生，均會(huì)引起催化劑結(jié)構(gòu)的損傷，致使活性下降。永久性中毒則是不可逆的，不能再生。催化劑中毒有暫時(shí)性和永久性兩種情況。如果活化操作失誤，輕則使催化劑性能下降，重則使催化劑報(bào)廢，經(jīng)濟(jì)損失巨大。2 催化劑的活化許多固體催化劑在出售時(shí)的狀態(tài)一般是較穩(wěn)定的，但這種穩(wěn)定狀態(tài)不具有催化性能，催化劑使用廠必須在反應(yīng)前對其進(jìn)行活化，使其轉(zhuǎn)化成具有活性的狀態(tài)。在有些反應(yīng)中，特意加人某種物質(zhì)去毒害催化劑中促進(jìn)副反應(yīng)的活性中心，從而提高了選擇性。多數(shù)催化劑容易受到一些物質(zhì)的毒害，中毒后的催化劑活性和選擇性顯著降低或完全失去，縮短了它的使用壽命。④耐毒性。系指固體催化劑在反應(yīng)條件下的強(qiáng)度是否足夠。系指催化劑在反應(yīng)條件下對熱砍壞的耐受力、在熱的作用下，催化劑中的一些物質(zhì)的晶型可能轉(zhuǎn)變；微晶逐漸燒結(jié)；絡(luò)合物分解；生物菌種和酶死亡等，這些變化導(dǎo)致催化劑性能衰退。在一定的溫度、壓力和反應(yīng)組分長期作用下，有些催化劑的化學(xué)組成可能流失，有的化合狀態(tài)變化，都會(huì)使催化劑的活性和選擇性下降。①化學(xué)穩(wěn)定性。雖然理論上催化劑在反應(yīng)前后化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量不變，可以反復(fù)使用，但實(shí)際上當(dāng)生產(chǎn)運(yùn)行一定時(shí)間后，催化劑性能會(huì)衰退，導(dǎo)致產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量均達(dá)不到要求的指標(biāo)，此時(shí)，俚化劑的使用壽俞結(jié)束，應(yīng)該更換催化劑。一般用產(chǎn)物的選擇性來表示催化劑的選擇性。選擇性愈高，生產(chǎn)單位量目的產(chǎn)物的原料消耗定