乙醇脱水生产乙烯过程的物料衡算及热量衡算
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乙醇脱水生产乙烯过程的物料衡算及热量衡算
乙醇脱水生产乙烯过程的物料衡算及热量衡算乙醇脱水生产乙烯过程的物料衡算及热量衡算 题目：已知在乙醇脱水制乙烯的生产中的方程式如下： 主反应：C2H5OHC2H4+H2O 副反应；2 C2H5OHC2H5O C2H5+ H2O 投原料 100mol，原料组成：（乙醇 90%，水 10%） ，乙醇转化率：95%（其中 生成乙烯占 95%） ，出口的水全部由脱水器排出，出口温度为 333.15K，加入乙 醇的温度为 298.15K，乙烯和乙醚和未反应的乙醇的出料温度都为 653.15K，设 备表面向周围环境的散热量为 3×107J,假设原料中除了水之外没有其它杂质。 试对该过程进行物料和热量衡算。一物料衡算 乙醇脱水生产乙烯的反应方程式 主反应：C2H5OHC2H4+H2O 副反应；2 C2H5OHC2H5O C2H5+ H2O方框图H2OC2H4C2H5OH H2O C2H5O C2H5C2H5OH计量C2H5OH：46g/mol H2O:18g/molC2H4:28 g/mol C2H5O C2H5：74 g/mol设生成的 H2O a molC2H4 b molC2H5O C2H5 c molC2H5OH d mol收集数据 原料组成：乙醇 90%，水 10% 乙醇转化率：95%（其中生成乙烯占 95%） ，以 100mol 原料为计算基准。展开计算： （1） 原料各组分量C2H5OH：90mol; H2O:10mol系统（2） 反应器出口各组分量 经过反应器转化的乙醇 90×95%=85.5mol 其中生成乙烯 85.5×95%=81.225mol 即 b=81.225mol 又根据 C2H5OHC2H4+H2O2 C2H5OHC2H5O C2H5+ H2O 两方程式化学计量计算得：a=83.3625 c=2.1375 d=90-90×95%=4.5mol 出口水总量：10+83.3625=93.3625mol 未反应的乙醇：90-90×95%=4.5mol验算： 左边=90×46+10×18=4320 g 右边=93.3625×18+81.225×28+2.1375×74+4.5×46=4320 g 所以左边=右边，质量守恒，正确。二、热量衡算、热料衡算相关数据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).列方框图反应器H出原料带入设备的热量H进补充加热量 Q过程热效应HR.计算因为H=a(T2-T1)+b/2(T22-T12)+c/3(T23-T13)所以H进=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 又因为：H进+Q=HR+H出 所以 Q=HR+H出-H进=2733990.75+32385686.76-0=35119677.51 J
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