第五章能量衡算3新

物质 温度范围
25-210℃
CH3OH 52.55
25-300℃
O2
30.13 30.59
N2
29.20 29.54
H2O HCHO CO
34.18 34.64
40.92
29.17
CO2 42.17
道生的比热容为3.477kJ/(kg·K)，道生进入反应器的温 度为180℃，于290℃气化，在290℃下的气化热为 269.9kJ/kg,试作反应器的热衡算，求道生循环量。
（2） CH3OH(g) + O2(g)
CO(g) + 2H2O(g)
H
o 298
2
393 .1kJ / mol甲醇
（3） CH3OH(g) + 1.5O2(g)
CO2(g) + 2H2O(g)
H
o 298
3
675 .7kJ
/ mol甲醇
已知CH3OH的转化率为100%，甲醛的收率为88.9%，其 余进行副反应(2)和(3)，副反应(2)和(3)按3:1消耗甲醇， 反应器列管管间用道生作为载热体，道生在管间气化吸收 反应放出的热量，使反应温度大致维持在300℃左右，反 应后的混合气体离开反应器的温度为300℃，反应器的热 损失是反应器向外界放出的总热量的5%。已知各有关气体 物质的平均热容数据如下，表中热容的单位是 kJ/(kmol·K).
H
o 298
2
393 .1kJ / mol甲醇
（3） CH3OH(g) + 1.5O2(g)
CO(g) + 2H2O(g)
H
o 298
3
675 .7kJ
/ mol甲醇
210℃，反应物料 ΔH
ΔH1 25℃，反应物料
ΔH2
300℃，反应后物料 ΔH3
25℃，反应后物料
ΔH1 = ncp,m (25-210)
组分
CH3OH O2 N2 H2O
反应器进口 kmol/h 7.0 19.25 71.87 1.88
%(mol) 7.0 19.25 71.87 1.88
合计
组分 HCHO
O2 N2 H2O CO
CO2
反应器出口 kmol/h 6.223 15.26 71.87 9.66 0.585
0.195
103.8
%(mol) 5.97 14.70 69.28 9.30 0.563
0.188
100
能量衡算：
210℃，反应物料
300℃，反应后物料
（1） CH3OH(g) + 0.5O2(g)
HCHO(g) + H2O(g)
H
o 298
1
156 .6kJ
/
mol甲醇
（2） CH3OH(g) + O2(g)
CO(g) + 2H2O(g)
解：首先进行物料衡算 物料基准：100kmol/h反应器的进口混合气。
进入反应器的物料
100kmol/h原料气中，
CH3OH： 空气的量：
100 1 7kmol/ h 1 13.28
100 7 93kmol/ h
取常温下空气中平均水蒸气含量为2.02%(mol)，因此空 气组成为：
水蒸气
930.0202 1.88kmol/ h
7 (1 0.889) 3 0.585kmol/ h 1 3
CH3OH(g) + 1.5O2(g)
CO(g) + 2H2O(g)
7 (1 0.889) 1 0.195kmol/ h 1 3
主副反应消耗的O2量
CH3OH(g) + 0.5O2(g) 6.223 3.111kmol / h
2
CH3OH(g) + O2(g)
[(7 52.55) 19.25 30.13 71.87 29.20 1.88 34.18]25 210
5.755105 kJ / h
H2 6.223103 156.6 0.585103(393.1) 0.195103 675.7
1.336106 kJ / h
H3 ncp,m (300 25)
0.585kmol / h
HCHO(g) + H2O(g)
CO(g) + 2H2O(g)
CH3OH(g) + 1.5O2(g)
CO(g) + 2H2O(g)
0.1951.5 0.293kmol / h
共消耗O2: 3.111 0.585 0.293 3.988kmol / h 反应器出口气体含有的O2量为：19.25 3.988 15.26kmol / h
原料器是甲醇与空气的混合气体，混和气中空气与甲醇 的摩尔比为13.28:1，原料气预热到210℃后进入列管 式固定床催化反应器的管内，在催化剂作用下发生的反 应及相应的反应热为:
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（1）
CH3OH(g) + 0.5O2(g)
HCHO(g) + H2O(g)
H
o 298
1
156 .6kJ
/
mol甲醇
伴有化学反应过程的热衡算
当过程有化学反应时：
热量进入率 - 热量流出率 + 反应热生成率- 反应热消耗 = 热量积累率
Q1 - Q2 QR Qt Q损失 Q积累
Q1 - Q2 QR Qt Q损失 0
已知25OC的反应热数据求已知反应温度下 的反应热数据
例 甲醇氧化生产甲醛在列管式固定床催化反应器中进行，
热载体历史
以间接方式将热量从加热传递到用热单元的传热介质称为 热载体，工业热载体可分为有机热载 体和无机热载体两 大类。有机热载体俗称导热油。
O2
(931.88)0.209 19.25kmol/ h
N2
9319.251.88 71.87kmol/ h
主副反应消耗的甲醇量
CH3OH(g) + 0.5O2(g)
70.889 6.223kmol/ h
HCHO(g) + H2O(g)
CH3OH(g) + O2(g)
CO(g) + 2H2O(g)
[6.22 40.92 15.26 30.59 71.87 29.54 0.585 29.71 (0.195 42.17) (9.66 34.64)]300 25
8.813105 kJ / h
H H1 H2 H3 1.03106 kJ / h
Q损=0.05H 0.05 1.03106 5.15104 kJ / h
Q取 =H Q损= 1.03106 5.15104 = 9.785105 kJ / h
道生的比热容为3.477kJ/(kg·K)，道生进入反应器的温 度为180℃，于290℃气化，在290℃下的气化热为 269.9kJ/kg
9.785 105 1500kg / h
269.9 3.477290 180