氨氧化反应器的能量衡算氨氧化反应式为:4NH3(气)+5O2(气)→ 4NO(气)+6H2O(气)此反应在 25℃、 101.3kPa 的反应热为ΔH0r=-904.6KJ。现有 25℃的 100molNH3/h 和800mol 空气/h 连续进入反应器,氨在反应器内全部反应,产物在 200℃呈气态离开反应器。如操作压力为 101.3kPa,计算反应器应输入或输出的热量。300℃时 N2、O2、NO 和 H2O 的CP (N2)=29.50J/(mol·℃)CP (O2)=30.80 J/(mol·℃)CP (NO)=30.80 J/(mol·℃)CP (H2O)=34.80 J/(mol·℃)
氨氧化反应器的能量衡算
氨氧化反应式为:
4NH3(气)+5O2(气)→ 4NO(气)
+6H2O(气)
此反应在 25℃、 101.3kPa 的反应热为
ΔH0r=-904.6KJ。现有 25℃的 100molNH3/h 和
800mol 空气/h 连续进入反应器,氨在反应器内全部
反应,产物在 200℃呈气态离开反应器。如操作压力
为 101.3kPa,计算反应器应输入或输出的热量。
300℃时 N2、O2、NO 和 H2O 的
CP (N2)=29.50J/(mol·℃)
CP (O2)=30.80 J/(mol·℃)
CP (NO)=30.80 J/(mol·℃)
CP (H2O)=34.80 J/(mol·℃)
题目解答
答案
解:题给的进料量由物料衡算得到反应器出口
各组分的摩尔流量。
n(H2O)=6÷4×100=150mol/h(1 分)
n(NO)=4÷4×100=100mol/h(1 分)
n(O2)=800×0.21-5÷4×100=43mol/h(1 分)
n(N2)=800×0.79=632mol/h(1 分)
算焓时的参考态:25℃,
101.3KPa,NH3(气),O2(气),NO(气),
H2O(气)。因此进口的两股物料的焓均为零。计算出
口物料的焓 :
H(H2O)= n(H2O) CP (H2O)×(200-25)
=913.5KJ/h (1 分)
H(NO)= n(NO) CP (NO)×(200-25)
=539KJ/h (1 分)
H(O2)= n(O2) CP (O2)×(200-25)
=231.77KJ/h (1 分)
H(N2)= n(N2) CP (N2)×(200-25)=
3262.7KJ/h (1 分)
反应放热 ΔH0r= 100 × (-904.6 )÷4 =-22615 KJ/h
(1 分)
过程的
ΔH=-22615+913.5+539+231.77+3262.7=-17668.0
3KJ/h(1 分)
解析
根据反应式 4NH3(气)+5O2(气)→ 4NO(气)+6H2O(气)，可以计算出反应器出口各组分的摩尔流量。
- n(H2O) = 6/4 × 100 = 150 mol/h
- n(NO) = 4/4 × 100 = 100 mol/h
- n(O2) = 800 × 0.21 - 5/4 × 100 = 43 mol/h
- n(N2) = 800 × 0.79 = 632 mol/h
步骤 2：计算反应器出口各组分的焓
根据给定的比热容，计算反应器出口各组分的焓。
- H(H2O) = n(H2O) × CP(H2O) × (200 - 25) = 150 × 34.80 × 175 = 913500 J/h = 913.5 kJ/h
- H(NO) = n(NO) × CP(NO) × (200 - 25) = 100 × 30.80 × 175 = 539000 J/h = 539 kJ/h
- H(O2) = n(O2) × CP(O2) × (200 - 25) = 43 × 30.80 × 175 = 231770 J/h = 231.77 kJ/h
- H(N2) = n(N2) × CP(N2) × (200 - 25) = 632 × 29.50 × 175 = 3262700 J/h = 3262.7 kJ/h
步骤 3：计算反应器的反应热
根据反应热 ΔH0r=-904.6 kJ/mol，计算反应器的反应热。
- ΔH = 100 × (-904.6) ÷ 4 = -22615 kJ/h
步骤 4：计算反应器应输入或输出的热量
根据能量衡算，计算反应器应输入或输出的热量。
- ΔH = -22615 + 913.5 + 539 + 231.77 + 3262.7 = -17668.03 kJ/h