1 introduction to chemical engineering thermodynamics chapter 4 heat effects smith

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Introduction to Chemical Engineering

Thermodynamics

Chapter 4Heat effects

Smith

2 Chapter 4.Heat effects

熱功計算是化學工業程序中的主流需求之一

以乙二醇製造為例確知反應溫度

原料預熱加熱燃燒放熱溶解放熱水合放熱蒸餾須加熱輕相冷凝放熱


顯熱由於溫度變化之熱效應

熱力學定律之定義內能

內能計算之架構由相律確定數學函數的變

數個數全微分之內能變化式在大部分程序系統中內能

之定溫下體積效應可忽略恆容程序

熱量及內能變化與溫度之關係


另一個能量函數焓

焓計算之架構如同內能但選用之自變數不同


恆壓熱容量之溫度效應

熱力性質之計算計算該狀態下虛擬理想氣

體狀態之性質修正到真實氣體的熱力性

質


理想氣體的恆容熱容量與恆壓熱容量有一個關係式

理想氣體的恆容熱容量與恆壓熱容量的取得方式

實驗量測用統計力學的方法估計用文獻方法估算

理想氣體混合物之熱容量計算


顯熱的積分計算

一系統已知進出系統之物流的溫度

計算熱效應 ( 熱傳量 ) 熱容量溫度積分之副程

式

一系統出口溫度未知計算出口溫度平均熱容量之副程式


系統計算出口溫度需用到疊代程序


潛熱由於相變化之熱效應

本書列有三種估算熱力模式

Clapeyron 方程式

Riedel 模式

Waston 模式


Waston 模式

標準反應熱用途？

標準狀態的選定氣體液體與固體

標準形成熱用途？

由元素反應形成之熱效應


標準燃燒熱用途？

容易實驗量測標準反應熱的溫度效應

目標在另一溫度下之反應熱為多少呢？

定義化學反應計量係數選用氨氣的反應為例

總焓變化值由三個程序來計算


計算程序介紹標準反應熱有兩種計算方

式，採第 2 行式子標準狀態焓是溫度的函數，

如第 6 行式子應用 2 行式子作微分

反應物與產物之核算差值( 一降溫一升溫 ) 由成分恆壓熱容量與計量係數計算如第 11 行式子

反應熱的溫度效應數學式為第 13 行式子

計算式為第 17.18 行式子


例題 4-6 計算說明繪製流程方塊圖寫出能量平衡式，並作各

個能量項的分析

進出口物流溫度皆已知標準反應熱 (298 K) 標準反應熱的溫度效應計

算式也已經推導得到

可採用兩種電腦副程式作計算


詳細計算資訊與程序

可將計算式設計在 Microsoft Excel 應用軟體中

兩種計算式之詳細內容與變數定義如右

提供數據用計算機或計算器計算

終於算出熱 (Q) 傳量 , 1 bar


工業程序中之計算有兩類熱效應計算程序溫度之計算

例題 4-7 計算說明繪製方塊流程圖

設定計算基準

質量平衡處理計算以求取成分物種與組成


繪製程序焓變化示意圖寫出能量平衡式，並作各

個能量項的分析

計算程序溫度，只能選用平均熱容量 ( 溫度效應 )之副程式作計算

引入平均熱容量之混合物組成關係式

疊代計算囉


例題 4-8 計算說明繪製方塊流程圖寫出主反應方程式寫出副反應分程式

定義副反應之效應量可也三種分析法

Case 1 有 x CO 殘存 Case 2 有 x CO2 形成 Case 3 有 x CH4 主反

應

總莫耳數相等


以 case 1 x=0.87 mol

繪製流程方塊圖

繪製焓計算軌跡圖

寫出能量平衡式，並分析各能量項

得出結算式


計算化學反應混合物的平均熱容量與溫度效應焓變化

計算化學生成混合物的平均熱容量與溫度效應焓變化

請算 Q 值例題 4-9 計算說明

題目分析燃燒反應式燃料化學式出口組成分析


選定計算基準繪製流程方塊圖

計算燃油化學示量式

碳 C 的質量平衡

氧 O2 的質量平衡進入氧量燃燒氣出口氧量

氧的差異量生成水 H2O


計算水生成量計算氫 H 原子數量

碳氫原子數已算出化學計量式

寫出化學反應方程式

燃油燃燒之質量平衡氫量換算碳量換算


繪製焓計算軌跡圖燃燒效率計算式

寫出能量平衡式，分析各能量項目

總燃燒熱計算

燃燒熱計算


產物之溫度熱效應計算

熱傳量計算

燃燒效率計算


劇情如何發展？敬請期待！

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