《化工工艺计算》PPT课件.ppt
化工工艺计算化工工艺计算化学反应热化学反应热根据盖斯定律，物质进行化学反应其根据盖斯定律，物质进行化学反应其热效应与路径无关，只与起始和终了热效应与路径无关，只与起始和终了状态有关。如果已知标准状态与反应状态有关。如果已知标准状态与反应有关各种物质的生成热有关各种物质的生成热Hf,则标准状则标准状态化学反应热态化学反应热Hr298K为：为：Hr298K=（nHf298）i-（mHf298）ji-指各产物j-指各反应物n-参加反应化学方程式各产物的计 量系数m-参加反应化学方程式各反应物的计量系数 如果已知标准状态与反应有关各种物质的燃烧热HC,则标准状态化学反应热Hr298K又可改为：Hr298K=（mHC298）J-（nHC298）i 如果在标准状态化学反应热Hr298K已知的情况下，欲求一定温度下的化学反应热HrT可按基尔霍夫公式求取：THrT=Hr298K+nCpdT 298HfHC,互换 HC0 C6H6+15O 6CO2+3H2O Hf0 Hf 6C+6H+15OHf0=Hf -HC0其中其中Hf=6 Hf0（CO2）+3Hf0(H2O)电子移位数法估算燃烧热（卡拉电子移位数法估算燃烧热（卡拉兹法兹法Khrasch）有机化合物的燃烧过程，可看作是碳原子和氢原有机化合物的燃烧过程，可看作是碳原子和氢原子上的电子转移到氧原子上去的结果。因为燃烧子上的电子转移到氧原子上去的结果。因为燃烧的最终产物碳，变成二氧化碳，氢，变成水。故的最终产物碳，变成二氧化碳，氢，变成水。故燃烧热与电子转移数有关。经测试，每转移一个燃烧热与电子转移数有关。经测试，每转移一个电子所释能量为电子所释能量为109.07kJ,则液体简单有机化合物则液体简单有机化合物在常压在常压200C的燃烧热为：的燃烧热为：-HC=109.07N N-电子转移数电子转移数当较复杂的化合物使用上式须经经验校当较复杂的化合物使用上式须经经验校正：正：-HC=109.07N+（Kii）Ki-分子中校正对象的次数分子中校正对象的次数i-校正对象的校正值校正对象的校正值对分子结构复杂的化合物卡拉兹法计算对分子结构复杂的化合物卡拉兹法计算误差较大，可另选其他方法计算。误差较大，可另选其他方法计算。化学反应热计算例题应用已知数据，应用已学过求燃烧热方法，计算应用已知数据，应用已学过求燃烧热方法，计算1500Kg甲苯下甲苯下列液相反应热效应。列液相反应热效应。+H2SO4-+H2Oso3HfH,m硫酸硫酸=-812.8kJ/molcH,m,碳碳=-393.13kJ/molfHm,甲基苯磺酸甲基苯磺酸=-486.05kJ/molcHm,氢气氢气=-285.58kJ/molR-Ar=-14.7kJ/mol以上数据吸热为正放热为负，且假定反应在查表温度下进行以上数据吸热为正放热为负，且假定反应在查表温度下进行 例题应用已知数据，应用已学过求燃烧热方法，计算反应应用已知数据，应用已学过求燃烧热方法，计算反应热效应。热效应。萘在催化条件下氧化制苯酐。萘的处理量为萘在催化条件下氧化制苯酐。萘的处理量为1500kg/h。求：需移走的反应热。（假设萘在标准温度下反应）求：需移走的反应热。（假设萘在标准温度下反应）fHm,苯酐苯酐=-402.2kJ/molcHm,苯酐苯酐=-3314kJ/molcHm,氢气氢气=-285.58kJ/molcHm,碳碳=-395.3kJ/molR-Ar=-14.7kJ/mol以上数据除以上数据除R-Ar外，吸热为正放热为负。外，吸热为正放热为负。釜式反应器釜式反应器作每日物料衡算：作每日物料衡算：Vc=V m 则反应器体积则反应器体积V=反应器台数反应器台数 m=反应器及工艺计算例题间歇反应器间歇反应器间歇操作釜式反应器工艺计算某厂西维因合成车间，采用2000升反应锅，每批可得西维因125公斤。设计任务每日生产西维因3333公斤。已知反应周期进料1h，冷却2h，吸收及酯化9h，水洗及合成4h，出料0.5h，每批间隔0.5h，求若采用5000升反应锅需几台？后备系数多少？邻硝基氯苯氨化、还原制邻苯二氨。已知邻硝基氯苯氨化、还原制邻苯二氨。已知每小时出料每小时出料0.83m3，操作周期，操作周期7h，装料系，装料系数数0.75。求反应器容积，若采用两锅则每个容积多求反应器容积，若采用两锅则每个容积多少？若采用少？若采用6m3，则需几个反应锅？，则需几个反应锅？萘磺化制萘磺化制2-萘酚，已知萘酚，已知2-萘酚收率按萘计为萘酚收率按萘计为75%，2-萘酚纯度萘酚纯度99%，工业萘纯度，工业萘纯度98.4%，密度为，密度为963kg/m3，磺化剂为，磺化剂为98%硫酸，硫酸，密度为密度为1.84kg/m3，萘与硫酸分子比，萘与硫酸分子比1:1.07，每批操作周期，每批操作周期3.67h，装料系数，装料系数0.7，生产，生产任务每年任务每年2-萘酚萘酚4000吨，年生产天数吨，年生产天数330天。天。求若采用求若采用5000升反应锅需几台？后备系数升反应锅需几台？后备系数多少？多少？有一级不可逆反应有一级不可逆反应AP，在，在85时反应速时反应速率常数为率常数为3.45h-1，今拟在一个容积为，今拟在一个容积为10m3的的釜式反应器中进行，若最终转化率为釜式反应器中进行，若最终转化率为XA=0.95，设该反应的处理量为，设该反应的处理量为1.82m3/h，今若改用两个容积相等的串联釜操作，求反今若改用两个容积相等的串联釜操作，求反应器的总容积？应器的总容积？解：由于两等体积釜串联，则解：由于两等体积釜串联，则连续操作釡式反应器连续操作釡式反应器在一个体积为在一个体积为300L的反应器中，的反应器中，86等温等温下将浓度为下将浓度为3.2的过氧化氢异丙苯溶液分解：的过氧化氢异丙苯溶液分解：生产苯酚和丙酮。该反应为生产苯酚和丙酮。该反应为1级反应，反应级反应，反应温度下反应速率常数等于温度下反应速率常数等于0.08s-1，最终转，最终转化率达化率达98.9，试计算苯酚的产量。，试计算苯酚的产量。（1）如果这个反应器是间歇操作反应器，）如果这个反应器是间歇操作反应器，并设辅助操作时间为并设辅助操作时间为15min；（2）如果是全混流反应器；）如果是全混流反应器；（3）若过氧化氢异丙苯浓度增加一倍，其）若过氧化氢异丙苯浓度增加一倍，其他条件不变，结果怎样？他条件不变，结果怎样？液相二级不可逆反应。反应速度液相二级不可逆反应。反应速度rA=kCA2已已知在知在200Ck=9m3/kmol.h,Ca0=0.3kmol/m3加料速度加料速度3m3/h比较下列方案，何者转化率比较下列方案，何者转化率最大最大?(设设(=l)(1)体积为体积为7m3平推流反应器。平推流反应器。(2)体积为体积为7m3全混流反应器。全混流反应器。解：二级反应；平推流：解：二级反应；平推流：已知已知k、VR、V0、CA0二级反应；全混流：二级反应；全混流：某二级液相反应某二级液相反应A+BC，已知，已知CAo=CBo，在间歇反应器中达到在间歇反应器中达到x=0.9，需反应的时间，需反应的时间为为8min,问：在全混流反应器中进行时，达问：在全混流反应器中进行时，达到同样转化率反应的时间应为多少？到同样转化率反应的时间应为多少？在如下反应中，在如下反应中，950C等温状态下，测得该等温状态下，测得该反应为一级反应。反应速率常数反应为一级反应。反应速率常数0.03S-1以以0.2kmol/.m3原料浓度进行生产，要求原料浓度进行生产，要求最终转化率达到最终转化率达到90%试计算年产量吨？试计算年产量吨？.(产物产物BMw=103)AB（产物）（产物）+C用用300L管式反应器连续操作管式反应器连续操作用用150L釜式反应器两个串联连续操作釜式反应器两个串联连续操作 年产量=VoCAoXAfMw24300Vo=VR/PFR:CSTR:.四釜串联四釜串联CSTR进行某反应进行某反应,各釜温度如下：各釜温度如下：釜号釜号1234T10152540K(min-1)0.05670.08060.1580.308四釜体积相等为四釜体积相等为800L,原料浓度为原料浓度为4.5mol/l,流量流量为为100l/min求：求：各釜出口浓度？各釜出口浓度？如在如在15反应，达到同样转化率需反应，达到同样转化率需800L反应器几个反应器几个？解：=CA0-CA0（1-X1）/k CA0（1-X1）=CA0（1-X1）-CA0（1-X2）/k CA0（1-X2）=.求得 X1=0.3121 CA0=3.0956;X2=0.5818 CA2=1.8819;X3=0.8153 CA3=0.8311;X4=0.9469 CA4=0.2400 N=ln1/(1-X4)/ln(1+k)=5.896台 例题：600C95%H2SO4 200kg,用50C水稀释到浓度为50%，列出求稀释酸终点温度T的计算式。系统隔热良好。查得 H2SO4 95%Cp95%=1.53 kJ/kg0C -Hs095%=100.49 kJ/molSO3 50%Cp50%=2.53 kJ/kg0C -Hs050%=149.37 kJ/molSO3 H2O Cp H2O=4.18 kJ/kg0C 假定在计算范围内各Cp变化不大，近似常数 解：（1）求稀释水量WH2O、溶质mol数 W50%0.5=2000.95=380(kg)W H2O=200(0.95/0.5)-1=180(kg)MSO3=2000.95/98 =1.9388(kmol)(2)根据盖斯定律，假想一个虚拟循环 H=0 600C 95%H2SO4+50 CH2O T0C 50%H2SO4 H1 H2 H3 Hs 250C 95%H2SO4+250C H2O 250C 50%H2SO4H1=W95%Cp95%（25-60）；H2=WH2O CpH2O（25-5）；H3=W50%Cp50%（25-T）Hs=MSO31000（Hs050%-Hs095%）H1+H2+Hs=H3+H T=25-W95%Cp95%（25-60）+WH2O CpH2O（25-5）+MSO31000（Hs050%-Hs095%）/W50%Cp50%最后解得 T=119.060C
