注册化工物料和能量平衡

1、12甲苯甲苯(A) + 苯苯(B)A ，BA ，BT ABpp 问题 A和和 B 何者的挥发何者的挥发 能力更大？能力更大？ 2. 当两相达到平衡时当两相达到平衡时 和和 何者大？何者大？ByBxBBBxppy 1)(xAABBBBBB xppppppyBBxy 所以，所以，蒸馏的基本蒸馏的基本 原理原理3精馏的基本精馏的基本 原理原理4VAc 0.01% H2O 47%HAc 95%VAc 16%H2O 810%HAc 75%其它其它b.pVAc 73 H2O 100 HAc 118 油相油相VAc 98.5%H2O 0.81.0%HAc单程转化率单程转化率 总收率总收率单程收率单程收率AA

2、反反应应器器入入口口的的关关键键组组分分已已转转化化关关键键组组分分单单程程转转化化率率 AA新新鲜鲜物物料料中中的的关关键键组组分分已已转转化化关关键键组组分分总总转转化化率率 63合成氨系统的物料衡算：合成氨系统的物料衡算：64三、三、 能量平衡能量平衡1.基本概念基本概念l 能量守恒定律能量守恒定律: E输出输出=E输入输入+E生成生成- -E消耗消耗- -E积累积累l 能量的种类能量的种类:动能动能Ek,势能势能Ep,内能内能 U=f (T), lFW 21d外外功功，热热 Q ，E电能电能UEEEWQEpk l 能量衡算方程能量衡算方程65l 流动系统流动系统 (图见图见P30)稳定

3、流动系统稳定流动系统:封闭系统封闭系统:WQuZgU 221)(tS轴轴功功（流流动动功功）WWW 孤立系统孤立系统:WQuZgU 2210212 uZgU66l 能量衡算方法与步骤能量衡算方法与步骤 做系统示意简图；做系统示意简图； 确定各组分的热力学数据；确定各组分的热力学数据；(3) 选取计算基准；选取计算基准；(4) 根据能量衡算方程式求解。根据能量衡算方程式求解。2. 物性数据物性数据的的关关系系与与pVpVCCCC,焓，熵的计算焓，熵的计算热容热容:67 无相变系统的能量衡算无相变系统的能量衡算 间歇或封闭过程间歇或封闭过程: 连续稳定流动过程连续稳定流动过程: 3. 无化学反应过

4、程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算UQ HQ 例例:甲醇蒸气离开合成设备时的温度为甲醇蒸气离开合成设备时的温度为450,经经废热锅炉冷却废热锅炉冷却,废热锅炉产生废热锅炉产生0.45MPa的饱和蒸的饱和蒸气。已知进水温度为气。已知进水温度为20 、压力为、压力为0.45MPa。进料水与甲醇的物质的量之比为进料水与甲醇的物质的量之比为0.2。设锅炉为。设锅炉为绝热操作绝热操作,求甲醇的出口温度。求甲醇的出口温度。68解：解：基准基准:1mol CH3OH 0.2mol H2O CP(CH3OH 450300 ) =19.05+9.1510-3T kJ.kmol.K-1 (H水水)20 = 83

5、.74kJ.kg-1=1507kJ.kmol-1 (H水汽水汽)0.45Mpa=2747.8kJ.kg-1=49460kJ.kmol-1绝热绝热 能量衡算式能量衡算式0 HQ69所以所以 n水水（H出出H进进）水水n醇醇(H进进- -H出出) 醇醇 （H水水)进进1507kJ.kmol-1 （H水水)出出49460kJ.kmol-1 (H醇醇)进进=0代入能量衡算式，解之代入能量衡算式，解之T=602K,即出口温度。即出口温度。 TTTTTH7232223768819.05104.575d109.1519.05)(出出醇醇704. 有化学反应过程的能量衡算有化学反应过程的能量衡算 包括两个方面

6、：包括两个方面： (1) 物料状态变化的能量衡算物料状态变化的能量衡算 (2) 化学反应的能量衡算化学反应的能量衡算71例例1. 在一个有化学反应的系统中，质量守恒定在一个有化学反应的系统中，质量守恒定 律对下列哪个说法是正确的？律对下列哪个说法是正确的？（A）系统的总质量；（）系统的总质量；（B）系统的总物质的量；）系统的总物质的量；（C）系统中某一组分的物质的量；）系统中某一组分的物质的量；（D）系统中某一组分的质量。）系统中某一组分的质量。 A例例2. 对于理想气体的绝热自由膨胀，下列式子对于理想气体的绝热自由膨胀，下列式子 何者是正确的？何者是正确的？（A） （B）（C） （D）;0,

7、0 HU0,0 HU;0,0 HU;0,0 HUA72例例3. 一实验装置采用羰基合成工艺生产乙醇，一实验装置采用羰基合成工艺生产乙醇， 反应式为：反应式为：O(g)HOH(g)HC)g(H4)g(CO22522 已知数据为：已知数据为：1mfmolkJ54.110)gCO( ,H12mfmolkJ82.241)gOH( ,H12mfmolkJ51.393)gCO( ,H7312mfmolkJ83.285) lOH( ,H152mcmolkJ20.1409)gOHHC( ,H152mcmolkJ60.1367) lOHHC( ,H试求上述反应的反应热。试求上述反应的反应热。解：解：)gCO,(

8、2)gO,H()gOH,HC(mf2mf52mfmrHHHH 可见，欲求可见，欲求 首先应求出首先应求出 ：mrH )gOH,HC(52mfH O(l)3H(g)2CO(g)3OOH(g)HC22252 74)gOH,HC() lO,H(3)g,CO(2)gOH,HC(52mf2mf2mf52mcHHHH )gOHHC()83.285(3)51.393(220.140952mf,H 152mfmolkJ31.235)gOH,HC( H11mrmolkJ05.256molkJ)54.110(2)82.241(3 .235( H75例例4. 氨的氧化反应氨的氧化反应为：为：已知已知25时的下时的下

9、列数据：列数据：试求试求 的标准反应热。的标准反应热。76解：解：的的标标准准反反应应热：热：的的标标准准反反应应热：热：77例例5. 某工厂燃料煤含水分某工厂燃料煤含水分 3.3%，挥发物，挥发物24.8%，固定碳，固定碳 60.3%，灰分，灰分 11.6%。燃。燃烧后由炉栅落下炉渣并用水润湿以防灰尘烧后由炉栅落下炉渣并用水润湿以防灰尘飞扬，经润湿后的炉渣中含飞扬，经润湿后的炉渣中含34.5%的水分，的水分，4.7%挥发物及挥发物及18.2%固定碳，余下的均为固定碳，余下的均为灰分，见图。若煤中的灰分全部进入炉渣，灰分，见图。若煤中的灰分全部进入炉渣，试求煤中的总可燃物（挥发物与固定碳之和）

10、试求煤中的总可燃物（挥发物与固定碳之和）损失在炉渣中的百分率是多少？损失在炉渣中的百分率是多少？78烟气烟气煤煤空气空气水水炉渣炉渣水分水分 3.3%挥发物挥发物 24.8%固定碳固定碳 60.3%灰分灰分 11.6%水分水分 34.5%挥发物挥发物 4.7%固定碳固定碳 18.2%灰分灰分 42.6%解：解：以以100kg煤为计算的基准，它产生的炉渣为煤为计算的基准，它产生的炉渣为 x kg。选取灰分为关键组分，因燃烧前后灰。选取灰分为关键组分，因燃烧前后灰 分的质量不变，故由灰分平衡可得分的质量不变，故由灰分平衡可得：796 .11116. 0100426. 0 xkg23.27426. 06 .11 x 炉渣中可然物（包括挥发物和固定碳）：炉渣中可然物（包括挥发物和固定碳）：kg24. 6)182. 0047. 0(23.27 100kg原煤中含可燃物：原煤中含可燃物：kg1 .853 .608 .24 在炉渣中损失的可燃物：在炉渣中损失的可燃物：%33. 7%1001 .8524. 6 80例例6. 某悬浮物含某悬浮物含20%（质量）固体及（质量）固体及80% （质（质量）水分，在量）水分，在4经过滤后，滤饼成分经过滤后，滤饼成分50% （质（质量）为固