乙醇脱水生产乙烯过程的物料衡算及热量衡算.doc

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3107J,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 H2O系统 C2H4C2H5OH H2O C2H5O C2H5 C2H5OH计量C2H5OH：46g/mol H2O:18g/molC2H4:28 g/mol C2H5O C2H5：74 g/mol设生成的H2O a mol C2H4 b mol C2H5O C2H5 c mol C2H5OH 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（2） 反应器出口各组分量经过反应器转化的乙醇 9095%=85.5mol其中生成乙烯85.595%=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=90-9095%=4.5mol出口水总量：10+83.3625=93.3625mol未反应的乙醇：90-9095%=4.5mol验算：左边=9046+1018=4320 g右边=93.362518+81.22528+2.137574+4.546=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+166.2810-3T-48.89810-6 T2 J/(molK)C2H4: CP.M=a+bT+cT2 =11.84+119.6710-3T-36.5110-6 T2 J/(molK)H2O: CP.M=a+bT+cT2 =29.16+14.4910-3T -2.02210-6T2 J/(molK)C2H5O C2H5：CP.M=a+bT+cT2 =-103.9+141710-3 T -24810-6T2 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=9029.25(298.15-298.15)+ 166.2810-3/20+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/mol2 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 =-81.22545542+（85.5-81.225）225768 =-2733990.75J H出=93.362529.16(333.15-298.15)+14.4910-3/2(333.152-298.152)- 2.02210-6/3(333.153-298.153)+81.22511.84(653.15-298.15)+119.6710-3/2(653.152-298.152)- 36.5110-6/3(653.153-298.153)+2.1375(-103.9355+1417/2337.7-248/3252+4.529.25355+166.28/2337.7-48.898/3252+3107 =109572.284+1733477.146+388050.1931+