【正文】 Cp,N2= kJ/kmolK Cp,H2O= kJ/kmol 甲烷和 100%過?？諝馔耆紵?。 化學(xué)反應(yīng)的焓變值只與始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與路徑無關(guān)。 ΔHR 0—放熱反應(yīng) 這一關(guān)系是由 化學(xué)家 Germain Henri Hess于 1840年前后總結(jié)的規(guī)律，俄國科學(xué)家蓋斯（ Hess）在總結(jié)大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上指出，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)若能分解成幾步來完成，總反應(yīng)的焓變?chǔ)R 等于各步分反應(yīng)的焓變 ΔHR之和。 Δ HR=ΣniΔHf (生成物 ) ΣmiΔHf (反應(yīng)物 ) 式中 ni， mi —— 生成物和反應(yīng)物的化學(xué)計(jì)量系數(shù)； Δ HR —— 生成焓 。 L W F D V 圖 例 精餾系統(tǒng) D=6050 A: B: TD=95℃ F=12023 A: B: C: Tw=140℃ W=？ A: B: C: Tw=160℃ 基準(zhǔn)： F=12023 kg/h (1) 物料衡算 全系統(tǒng)： W=120236050=5950 kg/h 組分 C： WC=12023()=1680 kg/h 組分 B DB=6050()=120 kg/h WB=(12023)120=4200 kg/h 組分 A DA=6050()=5930 kg/h WA=(12023)5930=70 kg/h 塔頂餾分流率： V=(R+1)D=(+1)6050=20236 kg/h (2)熱量衡算 選用 95℃ 為基準(zhǔn)溫度 項(xiàng) 目 流量 /kg/h 溫度 /℃ 組分 A B C F (進(jìn)料 ) D (餾分 ) W (塔底引出流 ) V (上升汽流 ) R (回流比 ) 12023 6050 5950 20236 L/D= 140 95 160 100 已知： 例 精餾系統(tǒng) D=6050 A: B: TD=95℃ W=5950 A: B: C: Tw=160℃ L W F D V F=12023 A: B: C: Tw=140℃ 解： 流股 狀態(tài) T / ℃ (T95) ℃ 流量 M kg/h 顯熱 潛熱 全部 MCp(T95) ML GJ/h GJ/h GJ/h F W V 液 液 汽 140 160 100 45 65 5 12023 5950 20236 D=6050 A: B: TD=95℃ W=5950 A: B: C: Tw=160℃ L W F D V F=12023 A: B: C: Tw=140℃ 項(xiàng) 目 流量 /kg/h 溫度 /℃ F (進(jìn)料 ) D (餾分 ) W (塔底引出流 ) V (上升汽流 ) R (回流比 ) 12023 6050 5950 20236 L/D= 140 95 160 熱量衡算： 再沸器熱量計(jì)算 (以內(nèi)邊界為系統(tǒng) )： (1) 輸入總熱量： Q1=再沸器帶入熱量 +進(jìn)料輸入熱量 +回流帶入熱量 =再沸器帶入熱量 ++0 GJ/h (2) 輸出總熱量： Q2=再沸器帶出熱量 +塔底出料熱量 +頂蒸汽熱量 =再沸器帶出熱量 ++ GJ/h (3) 再沸器熱負(fù)荷： Q3=再沸器輸入熱量 再沸器帶出熱量 = GJ/h (4) 冷凝器熱負(fù)荷： Q4=上升蒸汽熱量 回流熱量 餾分熱量 == GJ/h 流股 狀態(tài) T ℃ (T95) ℃ 流量 M kg/h 顯熱 潛熱 全部 MCp(T95) ML GJ/h GJ/h GJ/h F W V 液 液 汽 140 160 100 45 65 5 12023 5950 20236 熱量衡算： 流股 狀態(tài) T ℃ T95 ℃ 流量 kg/h 顯熱 潛熱 全部 MCp(T95) ML GJ/h GJ/h GJ/h F W V 液 液 汽 140 160 100 45 65 5 12023 5950 20236 (1) 冷凝器熱負(fù) Q4 (冷凝器 ) Q4+QD+QL=QV Q4=QVQDQL= = GJ/h (2) 再沸器熱負(fù)荷 Q3 (對系統(tǒng)外邊界 )： QF+Q3=Q4+QD+QW Q3=Q4+QD+QWQF=+0+= GJ/h L W F D V Q4 Q3 熱量衡算： 有化學(xué)反應(yīng)的熱量衡算： 按著 Hess定律 ， 即反應(yīng)熱 (反應(yīng)焓變 ) ΔHR為所有產(chǎn)品的生成焓與反應(yīng)物生成焓的差值 。 (1) 最大速率 FCp(T1Ts)=M(HvHL) 1800 (250120)=M(2700500) M= kg/h FCp(TsTa)=M(HLH1) 1800 (120Ta)=(50065) Ta=94 ℃ (2) Δt=20℃ 時(shí)的 M和 Ta FCp(T1Ts20)=M(HvHL) 1800 (25012020)=M(2700500) M=81 kg/h FCp(Ts+20Ta)=M(HLH1) 1800 (120+20Ta)=81 (50065) Ta=118 ℃ 尾氣 T1=250℃ 水 T2=15 ℃ Ta 換熱 汽化 T ℃ Q kJ/h Ts=120℃ Δt=20 ℃ 煙道尾氣 Ta=？ T2=15℃ 水 Ts=120℃ 蒸汽 T1=250℃ 煙道氣 熱量與物料衡算 例 ：某精餾系統(tǒng) ， 進(jìn)料為12023kg/h ， 料 液 由 A(50%) 、B(36%)、 C(14%)三種組分組成 ，進(jìn)料為汽液比 1:1汽液混合物 ， 塔頂餾分流率為 6050kg/h， 組成 98%的 A， 2%的 B， 料液及餾分的溫度分別為 140℃ 和 95℃ ， 過熱蒸汽(V)100℃ ， 塔 底 引 出 流 溫 度 為160℃ 。 120℃ 汽態(tài)水的焓 HV=2700 kJ/kg， 100℃ ~250℃ 煙道氣的平均比熱容為： Cp=()。 煙道氣溫度T1=250℃ ， 流率 F=1800 kg/h， 蛇管內(nèi)通入 TL=15℃ 的水 ， 要求換熱后產(chǎn)生 Ts=120℃ 的飽和蒸汽 。 出口組成：苯 44%(wt)， 乙苯 40%， 二乙苯 16%， 求： (kg/s)； ； (以乙烯為基準(zhǔn) )； 。——c 次迭代循環(huán)新的估值； xi——組分 i 的一個(gè)變數(shù)； Ei——容差函數(shù)。 基準(zhǔn)： 100 kmol/h A；目標(biāo)容許誤差 圖 例 示意流程 試差 進(jìn)料 1 產(chǎn)品 5 反應(yīng)器 混合器 2 3 4 分離器 6 F1= 100 kmol/h 例 0 0 1 0 1 80 20 0 100 0 0 0 0 0 0 0 0 100 100 100 100 100 100 修正 F2B← F2B 修正 F2A← F2A 容差 FB 容差 FA F6B=F4BF5B F6A=F4AF5A F5B= F5A= F4B=F3B+ F4A= F3B=F1B+F2B F3A=F1A+F2A F2B F2A F1B F1A 6 5 4 3 2 1 表 例 迭代計(jì)算過程 F6A= F6B= 迭代計(jì)算過程 修正 ← 6B修正 ← 6A容差 E容差 E=1 2 3 4 5 6 F1A 100 100 100 100 100 100 F1B 0 0 0 0 0 0 F2A 0 F2B 0 F3A=F1A+F2A 100 F3B=F1B+F2B 0 F4A= 20 F4B=F3B+ 80 F5A= F5B= F6A=F4AF5A F6B=F4BF5B 容差 EA 1 0 容差 EB 1 0 0 修正 F2A← F6A 修正 F2B← F6B 表 例 迭代計(jì)算過程 圖 Secant 切割法 e f(x(1)) f(x(2)) x(3) x(1) x(2) f(x) x 0 式中 c‘——c 次迭代循環(huán)新的估算值； xi——組分 i 的一個(gè)變數(shù)； Ei——容差函數(shù)。 F11=497 mol/h F1=3490 mol/h F2=1000 mol/h F3=2640 mol/h F5=300 mol/h F6=150 mol/h F7=150 mol/h F4=700 mol/h F8=901 mol/h F9=1739 mol/h F10=1242 mol/h F11=497 mol/h F1=1000 mol/h F2= mol/h F3= mol/h F5=86 mol/h F6=43 mol/h F7=43 mol/h F4= mol/h F8=258 mol/h F9=498 mol/h F10=356 mol/h F11=142 mol/h F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 1000 86 43 43 258 498 356 142 計(jì)算結(jié)果 帶有循環(huán)物流的物料衡算 (1) 順序模塊法 圖 順序模塊法 用迭代法求解再循環(huán)問題 進(jìn)料 1 產(chǎn)品 5 反應(yīng)器 循環(huán)流 混合器 2 3 4 分離器 6 例 用簡單迭代法求解一個(gè)具有循環(huán)過程的物料衡算。 Z3,C4= 對 C3 F1Z1,C3+F6Z6,C3=F2Z2,C3+F3 Z3,C3 3490*+150*=1000*+2640*Z3,C2 Z3,C2=； 對 C2： F1Z1,C2+F6Z6,C2=F2Z2,C2+F3 Z3,C2 *3490+*150=*1000+2640Z3,C2 Z3,C2= 塔 3 的物料衡算 F3=F8+F9 對 C4： Z3,C4F3=+ 對 C2： Z3,C2F3=Z8,C2F8 對 C3： Z3,C3F3=Z8,C3F8+Z9,C3F9 解得： F8=901 mol/h F9=1739 mol/h Z8,C2=； Z8,C3=。 Z2,C3=0. 03 分流器的物料衡算 F5=F6+F7 F6= 解得： F6=F7=150 mol/h 塔 1 的物料衡算 總： F1+F6=F2+F3