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1、化 工 工 藝 計(jì) 算 化學(xué)反應(yīng)熱根據(jù)蓋斯定律，物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)其熱效應(yīng)與路徑無(wú)關(guān)，只與起始和終了狀態(tài)有關(guān)。如果已知標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)與反應(yīng)有關(guān)各種物質(zhì)的生成熱Hf,則標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)化學(xué)反應(yīng)熱Hr298K為： Hr298K =（nHf298）i- （mHf298）j i-指各產(chǎn)物 j-指各反應(yīng)物 n-參加反應(yīng)化學(xué)方程式各產(chǎn)物的計(jì) 量系數(shù) m-參加反應(yīng)化學(xué)方程式各反應(yīng)物的計(jì)量系數(shù) 如果已知標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)與反應(yīng)有關(guān)各種物質(zhì)的燃燒熱HC,則標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)化學(xué)反應(yīng)熱Hr298K又可改為： Hr298K =（mHC298）J-（nHC298）i 如果在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)化學(xué)反應(yīng)熱Hr298K已知的情況下，欲求一定溫度下的化學(xué)反應(yīng)熱HrT可按

2、基爾霍夫公式求?。?T HrT=Hr298K+nCpdT 298 Hf HC,互換 HC0 C6H6 + 15O 6CO2+ 3H2O Hf0 Hf 6C+6H+15O Hf0 =Hf - HC0其中H f=6 Hf0 （CO2）+3Hf0(H2O) 電子移位數(shù)法估算燃燒熱（卡拉茲法Khrasch）有機(jī)化合物的燃燒過(guò)程，可看作是碳原子和氫原子上的電子轉(zhuǎn)移到氧原子上去的結(jié)果。因?yàn)槿紵淖罱K產(chǎn)物碳，變成二氧化碳，氫，變成水。故燃燒熱與電子轉(zhuǎn)移數(shù)有關(guān)。經(jīng)測(cè)試，每轉(zhuǎn)移一個(gè)電子所釋能量為109.07kJ,則液體簡(jiǎn)單有機(jī)化合物在常壓200C的燃燒熱為： -H C=109.07N N-電子轉(zhuǎn)移數(shù)當(dāng)較復(fù)雜的化

3、合物使用上式須經(jīng)經(jīng)驗(yàn)校正： -HC=109.07N+（Kii） Ki-分子中校正對(duì)象的次數(shù) i-校正對(duì)象的校正值對(duì)分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜的化合物卡拉茲法計(jì)算誤差較大，可另選其他方法計(jì)算。 化學(xué)反應(yīng)熱計(jì)算例題應(yīng)用已知數(shù)據(jù)，應(yīng)用已學(xué)過(guò)求燃燒熱方法，計(jì)算1500Kg甲苯下列液相反應(yīng)熱效應(yīng)。 + 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,氫氣 = -285.58 kJ/mol R-Ar = -14.7 kJ/mol以上數(shù)據(jù)吸熱為正放熱為負(fù)，且假定反應(yīng)在查表溫

4、度下進(jìn)行 例題應(yīng)用已知數(shù)據(jù)，應(yīng)用已學(xué)過(guò)求燃燒熱方法，計(jì)算反應(yīng)熱效應(yīng)。萘在催化條件下氧化制苯酐。萘的處理量為1500kg/h。求：需移走的反應(yīng)熱。（假設(shè)萘在標(biāo)準(zhǔn)溫度下反應(yīng)） fH m,苯酐 = -402.2 kJ/mol cH m,苯酐=-3314 kJ/mol cHm,氫氣 = -285.58 kJ/mol cHm,碳 = -395.3 kJ/mol R-Ar = -14.7 kJ/mol 以上數(shù)據(jù)除R-Ar外，吸熱為正放熱為負(fù)。 釜式反應(yīng)器作每日物料衡算： Vc= V m 則反應(yīng)器體積V= 反應(yīng)器臺(tái)數(shù) m= ar tt 24m ttV arc24 )( V ttV arc24 )( 反應(yīng)器及

5、工藝計(jì)算例題 間歇反應(yīng)器間歇操作釜式反應(yīng)器工藝計(jì)算某廠西維因合成車間，采用2000升反應(yīng)鍋，每批可得西維因125公斤。設(shè)計(jì)任務(wù)每日生產(chǎn)西維因3333公斤。已知反應(yīng)周期進(jìn)料1h，冷卻2h，吸收及酯化9h，水洗及合成4h，出料0.5h，每批間隔0.5h，求若采用5000升反應(yīng)鍋需幾臺(tái)？后備系數(shù)多少？ 鄰硝基氯苯氨化、還原制鄰苯二氨。已知每小時(shí)出料0.83m3，操作周期7h，裝料系數(shù)0.75。求反應(yīng)器容積，若采用兩鍋則每個(gè)容積多少？若采用6m3，則需幾個(gè)反應(yīng)鍋？ 萘磺化制2-萘酚，已知2-萘酚收率按萘計(jì)為75%，2-萘酚純度99%，工業(yè)萘純度98.4%，密度為963kg/m3，磺化劑為98%硫酸，密

6、度為1.84kg/m3，萘與硫酸分子比1:1.07，每批操作周期3.67h，裝料系數(shù)0.7，生產(chǎn)任務(wù)每年2-萘酚4000噸，年生產(chǎn)天數(shù)330天。求若采用5000升反應(yīng)鍋需幾臺(tái)？后備系數(shù)多少？ 有一級(jí)不可逆反應(yīng)AP，在85時(shí)反應(yīng)速率常數(shù)為3.45h-1，今擬在一個(gè)容積為10m3的釜式反應(yīng)器中進(jìn)行，若最終轉(zhuǎn)化率為XA=0.95，設(shè)該反應(yīng)的處理量為1.82m3/h，今若改用兩個(gè)容積相等的串聯(lián)釜操作，求反應(yīng)器的總?cè)莘e？解：由于兩等體積釜串聯(lián)，則 21 NiANA kCC )1( 0, 連續(xù)操作釡?zhǔn)椒磻?yīng)器 202)1( AAi CCk 95.01 020 20 AAA AAA CCC CCx hk ii

7、 006.120)1( 2 300 83.182.1006.1 mvVvV iiii 366.32 mVV i 在一個(gè)體積為300 L的反應(yīng)器中，86等溫下將濃度為3.2 的過(guò)氧化氫異丙苯溶液分解：生產(chǎn)苯酚和丙酮。該反應(yīng)為1級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)溫度下反應(yīng)速率常數(shù)等于0.08 s-1，最終轉(zhuǎn)化率達(dá)98.9，試計(jì)算苯酚的產(chǎn)量。 （1）如果這個(gè)反應(yīng)器是間歇操作反應(yīng)器，并設(shè)輔助操作時(shí)間為15 min； （2）如果是全混流反應(yīng)器；（3）若過(guò)氧化氫異丙苯濃度增加一倍，其他條件不變，結(jié)果怎樣？ 液相二級(jí)不可逆反應(yīng)。反應(yīng)速度 rA=kCA2已知在200C k=9m3/kmol.h,Ca0=0.3kmol/m3加料速度

8、3m3/h比較下列方案，何者轉(zhuǎn)化率最大?(設(shè)(=l) (1) 體積為7m3平推流反應(yīng)器。 (2) 體積為7m3全混流反應(yīng)器。 解：二級(jí)反應(yīng)；平推流：已知k、VR、V0、CA0二級(jí)反應(yīng)；全混流：AAA xxkC 10 0VVR 222 )1()1( AAo AAAo AAo xkC xxkC xC 某二級(jí)液相反應(yīng)A+BC，已知CAo=CBo ，在間歇反應(yīng)器中達(dá)到x=0.9，需反應(yīng)的時(shí)間為8min,問(wèn)：在全混流反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，達(dá)到同樣轉(zhuǎn)化率反應(yīng)的時(shí)間應(yīng)為多少？ 在如下反應(yīng)中，950C 等溫狀態(tài)下，測(cè)得該反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。反應(yīng)速率常數(shù)0.03S-1 以 0.2kmol/.m3 原料濃度進(jìn)行生產(chǎn)，要求最

9、終轉(zhuǎn)化率達(dá)到90% 試計(jì)算年產(chǎn)量噸？. (產(chǎn)物B Mw=103) A B（產(chǎn)物） + C用 300L管式反應(yīng)器連續(xù)操作 用 150L釜式反應(yīng)器兩個(gè)串聯(lián)連續(xù)操作 年產(chǎn)量=VoCAoXAfMw24300 Vo=VR/ PFR: CSTR: Axk 1 1ln1 )1()1( AAAAo AAo xk xxkC xC . 四釜串聯(lián)CSTR進(jìn)行某反應(yīng),各釜溫度如下：釜號(hào) 1 2 3 4 T 10 15 25 40 K(min-1)0.0567 0.0806 0.158 0.308四釜體積相等為800L, 原料濃度為4.5 mol/l, 流量為100 l/min 求：各釜出口濃度？如在15反應(yīng)，達(dá)到同樣

10、轉(zhuǎn)化率需800L反應(yīng)器幾個(gè)？ 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臺(tái) 例題：600C95% H2SO4 200kg,用50C水稀釋到濃度為50%，列出求稀釋酸終點(diǎn)溫度T的計(jì)算式。系統(tǒng)隔熱良好。查得 H2SO4 95% Cp95%=1.53 kJ/kg0

11、C - Hs095%=100.49 kJ/molSO3 50% Cp50%=2.53 kJ/kg0C -Hs050%=149.37 kJ/molSO3 H2O Cp H2O =4.18 kJ/kg0C 假定在計(jì)算范圍內(nèi)各Cp變化不大，近似常數(shù) 解：（1）求稀釋水量WH2O 、溶質(zhì)mol數(shù) 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)根據(jù)蓋斯定律，假想一個(gè)虛擬循環(huán) 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