化工工艺计算

化 工 工 艺 计 算 化学反应热根据盖斯定律，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Hf,则标准状态化学反应热Hr298K为： Hr298K =（nHf298）i- （mHf298）j i-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： T HrT=Hr298K+nCpdT 298 Hf HC,互换 HC0 C6H6 + 15O 6CO2+ 3H2O Hf0 Hf 6C+6H+15O Hf0 =Hf - HC0其中H f=6 Hf0 （CO2）+3Hf0(H2O) 电子移位数法估算燃烧热（卡拉兹法Khrasch）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，每转移一个电子所释能量为109.07kJ,则液体简单有机化合物在常压200C的燃烧热为： -H C=109.07N N-电子转移数当较复杂的化合物使用上式须经经验校正： -HC=109.07N+（Kii） Ki-分子中校正对象的次数 i-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1500Kg甲苯下列液相反应热效应。 + H2SO4 - + H2O so3H fH,m 硫酸 = -812.8 kJ/mol cH,m,碳 = -393.13 kJ/mol fH m,甲基苯磺酸 = -486.05 kJ/mol cHm,氢气 = -285.58 kJ/mol R-Ar = -14.7 kJ/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 例题应用已知数据，应用已学过求燃烧热方法，计算反应热效应。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） fH m,苯酐 = -402.2 kJ/mol cH m,苯酐=-3314 kJ/mol cHm,氢气 = -285.58 kJ/mol cHm,碳 = -395.3 kJ/mol R-Ar = -14.7 kJ/mol 以上数据除R-Ar外，吸热为正放热为负。 釜式反应器作每日物料衡算： Vc= V m 则反应器体积V= 反应器台数 m= ar tt 24m ttV arc24 )( V ttV arc24 )( 反应器及工艺计算例题 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。已知每小时出料0.83m3，操作周期7h，装料系数0.75。求反应器容积，若采用两锅则每个容积多少？若采用6m3，则需几个反应锅？ 萘磺化制2-萘酚，已知2-萘酚收率按萘计为75%，2-萘酚纯度99%，工业萘纯度98.4%，密度为963kg/m3，磺化剂为98%硫酸，密度为1.84kg/m3，萘与硫酸分子比1:1.07，每批操作周期3.67h，装料系数0.7，生产任务每年2-萘酚4000吨，年生产天数330天。求若采用5000升反应锅需几台？后备系数多少？ 有一级不可逆反应AP，在85时反应速率常数为3.45h-1，今拟在一个容积为10m3的釜式反应器中进行，若最终转化率为XA=0.95，设该反应的处理量为1.82m3/h，今若改用两个容积相等的串联釜操作，求反应器的总容积？解：由于两等体积釜串联，则 21 NiANA kCC )1( 0, 连续操作釡式反应器 202)1( AAi CCk 95.01 020 20 AAA AAA CCC CCx hk ii 006.120)1( 2 300 83.182.1006.1 mvVvV iiii 366.32 mVV i 在一个体积为300 L的反应器中，86等温下将浓度为3.2 的过氧化氢异丙苯溶液分解：生产苯酚和丙酮。该反应为1级反应，反应温度下反应速率常数等于0.08 s-1，最终转化率达98.9，试计算苯酚的产量。 （1）如果这个反应器是间歇操作反应器，并设辅助操作时间为15 min； （2）如果是全混流反应器；（3）若过氧化氢异丙苯浓度增加一倍，其他条件不变，结果怎样？ 液相二级不可逆反应。反应速度 rA=kCA2已知在200C k=9m3/kmol.h,Ca0=0.3kmol/m3加料速度3m3/h比较下列方案，何者转化率最大?(设(=l) (1) 体积为7m3平推流反应器。 (2) 体积为7m3全混流反应器。 解：二级反应；平推流：已知k、VR、V0、CA0二级反应；全混流：AAA xxkC 10 0VVR 222 )1()1( AAo AAAo AAo xkC xxkC xC 某二级液相反应A+BC，已知CAo=CBo ，在间歇反应器中达到x=0.9，需反应的时间为8min,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？ 在如下反应中，950C 等温状态下，测得该反应为一级反应。反应速率常数0.03S-1 以 0.2kmol/.m3 原料浓度进行生产，要求最终转化率达到90% 试计算年产量吨？. (产物B Mw=103) A B（产物） + C用 300L管式反应器连续操作 用 150L釜式反应器两个串联连续操作 年产量=VoCAoXAfMw24300 Vo=VR/ PFR: CSTR: Axk 1 1ln1 )1()1( AAAAo AAo xk xxkC xC . 四釜串联CSTR进行某反应,各釜温度如下：釜号 1 2 3 4 T 10 15 25 40 K(min-1)0.0567 0.0806 0.158 0.308四釜体积相等为800L, 原料浓度为4.5 mol/l, 流量为100 l/min 求：各釜出口浓度？如在15反应，达到同样转化率需800L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%H2SO4 H1=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