化工设计作业解答第三章

第三章物料衡算与热量衡算

1、以苯为溶剂，用共沸精馏法分离乙醇－水混合物，制取纯乙醇。假定料液混合物含水60%，乙醇40%，在精馏塔馏出液中含苯75%，水24%，其余为醇（组成均为质量分数）。若要求乙醇生产量为2000kg ／h ，试计算精馏中所需的苯量。

解：画出流程示意图。

总物料平衡式：

F1＋F2=F3＋F4 组分物料平衡式：

苯平衡： F2 = 0.75 F3 水平衡： 0.6F1=0.24F3

解得 F1=5334kg ／h , F2 =10000kg ／h , F3=13334kg ／h 校核：

依据醇平衡：0.4F1=0.01F3 + F4 左右两边相等，结果准确。

2、在一绝热反应器内进行下列反应：

CO(g)+H 2O(g) CO 2(g)+H 2(g)

反应物在300℃,1atm 下按化学计量比进入反应器，无惰性物、反应进行完全。试计算该绝热反应器出口物料的温度。

乙醇产品

醇 1% 24% −−→

解：基准：1molCO(g)

物料衡算得CO(g)；n 进=1mol H 2O(g) )；n 进=1mol CO 2(g)；n 出=1mol H 2(g) ；n 出=1mol

反应在非标准条件下进行，为了计算方便，假设该反应过程的途径如下：

计算标准反应热

0,298

r H ∆：

查得各物料的生成热：20()()f CO H ∆g =—393.5kJ/mol

0()()f CO H ∆g =—110.5kJ/mol

20()()f H O H ∆g =—285.8kJ/mol 0

,298r K H ∆∑=()()i i i i n H n H -∑∑

=—393.5—[(—110.5)+( —285.8)]=2.84kJ/mol

计算反应物带

入反应器的焓： CO （300℃，g ）

25

()300

0.0296(25300)8.17/mol

CO P H C dT ∆==⨯-=-⎰g 2210025

(),298300

100

0.0348(100300)0.0392(25100)(40.6)11.58kJ/mol

H O P P H O K

H C dT C dT H ∆=++∆=⨯-+⨯-+-=-⎰⎰g

H 2O （300℃，g ）

负数代表冷凝过程，所以放出热量。 计算产物带出反应器的焓：

CO 2 (300℃，g)

H 2(300℃，g)

于是由300℃反应物到300℃产物的焓变为：

H ∆（300℃）=0

,298r K

H

∆∑

+

12

H H ∆+∆

=2.84+(11.58+7.96)—[(—8.17)+( —50.5)] =—36.29kJ/mol

计算绝热反应器产物的出口温度（T 0）： 因 输出

输入H H ∆=∆

所以

T H ∆是300℃下产物的焓与最终出口产物（ T 0）的焓差，即

0222

2

,,300

300

CO H T T T CO P H P H n C dT n C dT

∆=+⎰⎰ 简便起见，可采用平均热容代入上式得：

02

2

2

2

,0,,0,(25)(30025)(25)(30025)

CO CO H H T P P P P H C T C C T C ∆=---+---

采用迭代法求得：T 0≈780.1℃

所以该绝热反应的出口温度为780℃。

2

300

()250.042(30025)11.58kJ/mol CO P H C dT ∆=

=⨯-=⎰g 2300

()250.0289(30025)7.96kJ/mol H g P H C dT ∆==⨯-=⎰