注冊化工物料和能量平衡培訓(xùn)課件

1、1甲苯甲苯(A) + 苯苯(B)A ，BA ，BT ABpp 問題1. A和和 B 何者的揮發(fā)何者的揮發(fā) 2. 能力更大？能力更大？ 2. 當(dāng)兩相達(dá)到平衡時(shí)當(dāng)兩相達(dá)到平衡時(shí) 和和 何者大？何者大？ByBxBBBxppy 1)(xAABBBBBB xppppppyBBxy 所以，所以，蒸餾的基本蒸餾的基本 原理原理2精餾的基本精餾的基本 原理原理3VAc 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單程轉(zhuǎn)化率單程轉(zhuǎn)化率 總收率總收率單程收率單程

2、收率AA反反應(yīng)應(yīng)器器入入口口的的關(guān)關(guān)鍵鍵組組分分已已轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化關(guān)關(guān)鍵鍵組組分分單單程程轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化率率 AA新新鮮鮮物物料料中中的的關(guān)關(guān)鍵鍵組組分分已已轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化關(guān)關(guān)鍵鍵組組分分總總轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化率率 62合成氨系統(tǒng)的物料衡算：合成氨系統(tǒng)的物料衡算：63三、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輸出輸出=E輸入輸入+E生成生成- -E消耗消耗- -E積累積累l 能量的種類能量的種類:動(dòng)能動(dòng)能Ek,勢能勢能Ep,內(nèi)能內(nèi)能 U=f (T), lFW 21d外外功功，熱熱 Q ，E電能電能UEEEWQEpk l 能量衡算方程能量衡算方程64l 流動(dòng)系統(tǒng)流動(dòng)系統(tǒng) (圖見圖見P3

3、0)穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng):封閉系統(tǒng)封閉系統(tǒng):WQuZgU 221)(tS軸軸功功（流流動(dòng)動(dòng)功功）WWW 孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng):WQuZgU 2210212 uZgU65l 能量衡算方法與步驟能量衡算方法與步驟(1) 做系統(tǒng)示意簡圖；做系統(tǒng)示意簡圖；(2) 確定各組分的熱力學(xué)數(shù)據(jù)；確定各組分的熱力學(xué)數(shù)據(jù)；(3) 選取計(jì)算基準(zhǔn)；選取計(jì)算基準(zhǔn)；(4) 根據(jù)能量衡算方程式求解。根據(jù)能量衡算方程式求解。2. 物性數(shù)據(jù)物性數(shù)據(jù)的的關(guān)關(guān)系系與與pVpVCCCC,焓，熵的計(jì)算焓，熵的計(jì)算熱容熱容:66 無相變系統(tǒng)的能量衡算無相變系統(tǒng)的能量衡算 間歇或封閉過程間歇或封閉過程: 連續(xù)穩(wěn)定流動(dòng)過程連續(xù)穩(wěn)定流動(dòng)過程:

4、 3. 無化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算無化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算UQ HQ 例例:甲醇蒸氣離開合成設(shè)備時(shí)的溫度為甲醇蒸氣離開合成設(shè)備時(shí)的溫度為450,經(jīng)經(jīng)廢熱鍋爐冷卻廢熱鍋爐冷卻,廢熱鍋爐產(chǎn)生廢熱鍋爐產(chǎn)生0.45MPa的飽和蒸的飽和蒸氣。已知進(jìn)水溫度為氣。已知進(jìn)水溫度為20 、壓力為、壓力為0.45MPa。進(jìn)料水與甲醇的物質(zhì)的量之比為進(jìn)料水與甲醇的物質(zhì)的量之比為0.2。設(shè)鍋爐為。設(shè)鍋爐為絕熱操作絕熱操作,求甲醇的出口溫度。求甲醇的出口溫度。67解：解：基準(zhǔn)基準(zhǔn):1mol CH3OH 0.2mol H2O CP(CH3OH 450300 ) =19.05+9.1510-3T kJ.kmol.K-1 (H

5、水水)20 = 83.74kJ.kg-1=1507kJ.kmol-1 (H水汽水汽)0.45Mpa=2747.8kJ.kg-1=49460kJ.kmol-1絕熱絕熱 能量衡算式能量衡算式0 HQ68所以所以 n水水（H出出H進(jìn)進(jìn)）水水n醇醇(H進(jìn)進(jìn)- -H出出) 醇醇 （H水水)進(jìn)進(jìn)1507kJ.kmol-1 （H水水)出出49460kJ.kmol-1 (H醇醇)進(jìn)進(jìn)=0代入能量衡算式，解之代入能量衡算式，解之T=602K,即出口溫度。即出口溫度。 TTTTTH7232223768819.05104.575d109.1519.05)(出出醇醇694. 有化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算有化學(xué)反應(yīng)過程的能

6、量衡算 包括兩個(gè)方面：包括兩個(gè)方面： (1) 物料狀態(tài)變化的能量衡算物料狀態(tài)變化的能量衡算 (2) 化學(xué)反應(yīng)的能量衡算化學(xué)反應(yīng)的能量衡算70例例1. 在一個(gè)有化學(xué)反應(yīng)的系統(tǒng)中，質(zhì)量守恒定在一個(gè)有化學(xué)反應(yīng)的系統(tǒng)中，質(zhì)量守恒定 律對下列哪個(gè)說法是正確的？律對下列哪個(gè)說法是正確的？（A）系統(tǒng)的總質(zhì)量；（）系統(tǒng)的總質(zhì)量；（B）系統(tǒng)的總物質(zhì)的量；）系統(tǒng)的總物質(zhì)的量；（C）系統(tǒng)中某一組分的物質(zhì)的量；）系統(tǒng)中某一組分的物質(zhì)的量；（D）系統(tǒng)中某一組分的質(zhì)量。）系統(tǒng)中某一組分的質(zhì)量。 A例例2. 對于理想氣體的絕熱自由膨脹，下列式子對于理想氣體的絕熱自由膨脹，下列式子 何者是正確的？何者是正確的？（A） （B）

7、（C） （D）;0,0 HU0,0 HU;0,0 HU;0,0 HUA71例例3. 一實(shí)驗(yàn)裝置采用羰基合成工藝生產(chǎn)乙醇，一實(shí)驗(yàn)裝置采用羰基合成工藝生產(chǎn)乙醇， 反應(yīng)式為：反應(yīng)式為：O(g)HOH(g)HC)g(H4)g(CO22522 已知數(shù)據(jù)為：已知數(shù)據(jù)為：1mfmolkJ54.110)gCO( ,H12mfmolkJ82.241)gOH( ,H12mfmolkJ51.393)gCO( ,H7212mfmolkJ83.285) lOH( ,H152mcmolkJ20.1409)gOHHC( ,H152mcmolkJ60.1367) lOHHC( ,H試求上述反應(yīng)的反應(yīng)熱。試求上述反應(yīng)的反應(yīng)熱。

8、解：解：)gCO,(2)gO,H()gOH,HC(mf2mf52mfmrHHHH 可見，欲求可見，欲求 首先應(yīng)求出首先應(yīng)求出 ：mrH )gOH,HC(52mfH O(l)3H(g)2CO(g)3OOH(g)HC22252 73)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( H74例例4. 氨的氧化反應(yīng)氨的氧化反應(yīng)為：為：已知

9、已知25時(shí)的下時(shí)的下列數(shù)據(jù)：列數(shù)據(jù)：試求試求 的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱。的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱。75解：解：的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)反反應(yīng)應(yīng)熱：熱：的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)反反應(yīng)應(yīng)熱：熱：76例例5. 某工廠燃料煤含水分某工廠燃料煤含水分 3.3%，揮發(fā)物，揮發(fā)物24.8%，固定碳，固定碳 60.3%，灰分，灰分 11.6%。燃。燃燒后由爐柵落下爐渣并用水潤濕以防灰塵燒后由爐柵落下爐渣并用水潤濕以防灰塵飛揚(yáng)，經(jīng)潤濕后的爐渣中含飛揚(yáng)，經(jīng)潤濕后的爐渣中含34.5%的水分，的水分，4.7%揮發(fā)物及揮發(fā)物及18.2%固定碳，余下的均為固定碳，余下的均為灰分，見圖。若煤中的灰分全部進(jìn)入爐渣，灰分，見圖。若煤中的灰分全部進(jìn)入爐渣，試求煤中的總可燃物（

10、揮發(fā)物與固定碳之和）試求煤中的總可燃物（揮發(fā)物與固定碳之和）損失在爐渣中的百分率是多少？損失在爐渣中的百分率是多少？77煙氣煙氣煤煤空氣空氣水水爐渣爐渣水分水分 3.3%揮發(fā)物揮發(fā)物 24.8%固定碳固定碳 60.3%灰分灰分 11.6%水分水分 34.5%揮發(fā)物揮發(fā)物 4.7%固定碳固定碳 18.2%灰分灰分 42.6%解：解：以以100kg煤為計(jì)算的基準(zhǔn)，它產(chǎn)生的爐渣為煤為計(jì)算的基準(zhǔn)，它產(chǎn)生的爐渣為 x kg。選取灰分為關(guān)鍵組分，因燃燒前后灰。選取灰分為關(guān)鍵組分，因燃燒前后灰 分的質(zhì)量不變，故由灰分平衡可得分的質(zhì)量不變，故由灰分平衡可得：786 .11116. 0100426. 0 xkg23.27426. 06 .11 x 爐渣中可然物（包括揮發(fā)物和固定碳）：爐渣中可然物（包括揮發(fā)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 在爐渣中損失的可燃物：在爐渣中損失的可燃物：%33. 7%1001 .8524. 6 79例例6. 某懸浮物含某懸浮物含20%（質(zhì)量）固體及（質(zhì)量）固體及80% （質(zhì)（質(zhì)量）水分，在量）水分，在4經(jīng)過濾后，濾餅成分經(jīng)過濾后，濾餅成分50% （質(zhì)（質(zhì)量）為固體