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乙醇脫水生產(chǎn)乙烯過(guò)程的物料衡算及熱量衡算

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乙醇脫水生產(chǎn)乙烯過(guò)程的物料衡算及熱量衡算

乙醇脫水生產(chǎn)乙烯過(guò)程的物料衡算及熱量衡算乙醇脫水生產(chǎn)乙烯過(guò)程的物料衡算及熱量衡算 題目：已知在乙醇脫水制乙烯的生產(chǎn)中的方程式如下： 主反應(yīng)：C2H5OHC2H4+H2O 副反應(yīng)；2 C2H5OHC2H5O C2H5+ H2O 投原料 100mol，原料組成：（乙醇 90%，水 10%） ，乙醇轉(zhuǎn)化率：95%（其中 生成乙烯占 95%） ，出口的水全部由脫水器排出，出口溫度為 333.15K，加入乙 醇的溫度為 298.15K，乙烯和乙醚和未反應(yīng)的乙醇的出料溫度都為 653.15K，設(shè) 備表面向周圍環(huán)境的散熱量為 3×107J,假設(shè)原料中除了水之外沒(méi)有其它雜質(zhì)。 試對(duì)該過(guò)程進(jìn)行物料和熱量衡算。一物料衡算 乙醇脫水生產(chǎn)乙烯的反應(yīng)方程式 主反應(yīng)：C2H5OHC2H4+H2O 副反應(yīng)；2 C2H5OHC2H5O C2H5+ H2O方框圖H2OC2H4C2H5OH H2O C2H5O C2H5C2H5OH計(jì)量C2H5OH：46g/mol H2O:18g/molC2H4:28 g/mol C2H5O C2H5：74 g/mol設(shè)生成的 H2O a molC2H4 b molC2H5O C2H5 c molC2H5OH d mol收集數(shù)據(jù) 原料組成：乙醇 90%，水 10% 乙醇轉(zhuǎn)化率：95%（其中生成乙烯占 95%） ，以 100mol 原料為計(jì)算基準(zhǔn)。展開(kāi)計(jì)算： （1） 原料各組分量C2H5OH：90mol; H2O:10mol系統(tǒng)（2） 反應(yīng)器出口各組分量 經(jīng)過(guò)反應(yīng)器轉(zhuǎn)化的乙醇 90×95%=85.5mol 其中生成乙烯 85.5×95%=81.225mol 即 b=81.225mol 又根據(jù) C2H5OHC2H4+H2O2 C2H5OHC2H5O C2H5+ H2O 兩方程式化學(xué)計(jì)量計(jì)算得：a=83.3625 c=2.1375 d=90-90×95%=4.5mol 出口水總量：10+83.3625=93.3625mol 未反應(yīng)的乙醇：90-90×95%=4.5mol驗(yàn)算： 左邊=90×46+10×18=4320 g 右邊=93.3625×18+81.225×28+2.1375×74+4.5×46=4320 g 所以左邊=右邊，質(zhì)量守恒，正確。二、熱量衡算、熱料衡算相關(guān)數(shù)據(jù)C2H5OH:CP.M=a+bT+cT2=29.25+166.28×10-3T-48.898×10-6 T2 J/(molK) C2H4: CP.M=a+bT+cT2=11.84+119.67×10-3T-36.51×10-6 T2 J/(molK) H2O: CP.M=a+bT+cT2=29.16+14.49×10-3×T -2.022×10-6×T2 J/(molK) C2H5O C2H5：CP.M=a+bT+cT2=-103.9+1417×10-3 T -248×10-6×T2 J/(molK).列方框圖反應(yīng)器H出原料帶入設(shè)備的熱量H進(jìn)補(bǔ)充加熱量 Q過(guò)程熱效應(yīng)HR.計(jì)算因?yàn)镠=a(T2-T1)+b/2(T22-T12)+c/3(T23-T13)所以H進(jìn)=90×29.25×(298.15-298.15)+ 166.28×10-3/2×0+0=0C2H5OH（g） C2H4 （g） + H2O（g）r Hm.1 = f Hm（C2H4，g）+ f Hm(H2O,g) -f Hm(C2H5OH,g)= 52.26 - 241.818+235.10=45.542 KJ/mol=45542 J/mol 2 C2H5OH C2H5OC2H5 + H2Or Hm.2 = f Hm（C2H5OC2H5，g）+ f Hm(H2O,g) -2f Hm(C2H5OH,g)=-219.05-241.818+235.10=-225.768 KJ/mol=-225768 J/molHR =-81.225×45542+（85.5-81.225）×225768=-2733990.75J H出=93.3625×29.16×(333.15-298.15)+14.49×10-3/2×(333.152-298.152)- 2.022×10-6/3(333.153-298.153)+81.225×11.84×(653.15- 298.15)+119.67×10-3/2×(653.152-298.152)- 36.51×10-6/3(653.153- 298.153)+2.1375×(-103.9×355+1417/2×337.7- 248/3×252+4.5×29.25×355+166.28/2×337.7-48.898/3×252+3×107=109572.284+1733477.146+388050.1931+154587.132+3×107=32385686.76 J 又因?yàn)椋篐進(jìn)+Q=HR+H出 所以 Q=HR+H出-H進(jìn)=2733990.75+32385686.76-0=35119677.51 J

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