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天然气蒸汽重整制氢系统优化
天然气水蒸气重整制氢工艺主要包含脱硫天然气转化反应CO CO2高低变换过程选择性催化氧化过程以及气体提纯过程这些包含了燃烧反应换热过程以及催化反应等复杂的工艺过程论文的主要任务是采用工程热力学化学反应热力学Gibbs自由能理论以及传热的基本理论并结合先进的Aspen plus计算平台 对前人提出天然气 甲烷水蒸汽重整系统进行工艺流程和操作工况优化从而获得反应器的结构和组织形式温度压力以及水蒸气天然气比等操作参数对气体产物组分和转换效率的影响为工程应用提供理论依据
关键词氢天然气甲烷重整
The Design of steam reforming of Natural gas
Shortages of energy sources single energy consumption configuration and badly polluted environment have become important society problems of nowadays As a kind of clean high efficient low-cost of power generation technology fuel cell using hydrogen will improve the
Natural gas
steam reforming process mainly includes desulfurization natural gas conversion reaction CO
CO2 level of transformation process selective catalytic oxidation and gas purification processes
that include combustion heat transfer and catalytic reactions and other complex process
In this paper The main task is to use engineering thermodynamics chemical reaction thermodynamics Gibbs free energy theory and the basic theory of heat transfer and integration of advanced computing platforms Aspen plus on the previous proposed natural gas
steam reforming process and system operating conditions optimized to obtain the reactor structure and organizational form temperature pressure and steam
gas ratio of operating parameters on product gas composition and conversion efficiency the theoretical basis for engineering applications
Key wordhydrogennatural gasmethanereforming
ABSTRACT 2
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38页22页8页50页38页38页25页20页74页21页8页6页5页6页85页3页9页7页6页53页万洪文《物理化学》教材习题解答10-第2页
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万洪文《物理化学》教材习题解答10-2
(3)Cp.m(H2O,g)=30.12+11.；解：ln(p*／Pa)=ln(101325)＋；；△Cp.m＝Cp.m(H2O,g)－Cp.m(H；(1)ln(p*／Pa)=-4888/T+24.；(2)ln(p*／Pa)=-6761/TC5.0；(3)ln(p*／Pa)=-6726/TC5.4；2-5固体CO2的饱和蒸气压与温度的关系为：lg；已知其熔化
　(3) Cp.m (H2O,g) =30.12 +11.30 ×10-3T (J K-1 mol-1 );
Cp.m (H2O,l) = 75.296 J K-1 mol-1
为常数； 解：ln(p*／Pa)= ln(101 325)＋ ；ΔHm＝40638＋ ； △Cp.m＝Cp.m (H2O,g)－Cp.m (H2O,l) (1) ln(p*／Pa)= - 4888/T +24.623，计算出80℃水的蒸气压为0.482×105 Pa。 (2) ln(p*／Pa)= - 6761/T C5.019 ln T+59.37 , 计算出80℃水的蒸气压为0.479×105 Pa。(3) ln(p*／Pa)= - 6726/T C5.433 ln T+1.36×10-3T+ 61.22 , 计算出蒸气压为0.479×105 Pa。 2-5
固体CO2的饱和蒸气压与温度的关系为：lg ( p* / Pa) = -1353 /( T / K)+11.957已知其熔化焓 = 8326 J mol-1 ，三相点温度为 -56.6℃。 (1) 求三相点的压力； (2) 在100kPa下CO2能否以液态存在? (3) 找出液体CO2的饱和蒸气压与温度的关系式。 解：(1) lg ( p* / Pa) = -1353 /( 273.15-56.6)+11.957=5.709,三相点的压力为5.13×10５Pa(3) =2.303× J mol-1; = - =17.58 kJ mol-1 , 再利用三相点温度、压力便可求出液体CO2的饱和蒸气压与温度的关系式： lg ( p* / Pa)= -918.2 /( T / K)+9.952。 2-7
在40℃时，将1.0 mol C2H5Br和2.0 mol C2H5I的混合物(均为液体)放在真空容器中，假设其为理想混合物，且p*(C2H5Br) =107.0 kPa , p*(C2H5I)=33.6 kPa，试求： (1)起始气相的压力和组成(气相体积不大，可忽略由蒸发所引起的溶液组成的变化)；(2)若此容器有一可移动的活塞，可让液相在此温度下尽量蒸发。当只剩下最后一滴液体时，此液体混合物的组成和蒸气压为若干? 解：(1)起始气相的压力p = xBr p* (C2H5Br)＋（1-xBr ）p*(C2H5I)＝58.07kPa。起始气相的组成yBr= p/〔xBr p* (C2H5Br)〕＝0.614 (2) 蒸气组成 yBr＝1/3 ；yBr＝xBr p* (C2H5Br)/〔xBr p* (C2H5Br)＋（1-xBr ）p*(C2H5I)〕解出 xBr=0.136 ，p =43.58kPa 2-8 在25℃， 时把苯(组分1)和甲苯(组分2)混合成理想液态混合物，求1摩尔C6H6从x1=0.8(I态)稀释到x1=0.6(Ⅱ态)这一过程中ΔG。 解：ΔG＝ 1(Ⅱ)－ 1(I)＝RT ln[x1(Ⅱ) /x1(I)]=8.314×298.15 ln[0.6 /0.8]＝－713 J 2-9
20℃时溶液A的组成为1NH3?8H2O，其蒸气压为1.07×104Pa，溶液B的组成为1NH3?21H2O，其蒸气压为3.60×103Pa。 (1)从大量的A中转移1molNH3到大量的B中，求ΔG。 (2)在20℃时，若将压力为 的1molNH3(g)溶解在大量的溶液B中，求ΔG。解：(1)ΔG＝ (B)－ (A)＝RT ln[x (B) /x (A)]=8.314×298.15 ln（9 /22）＝－2.18 kJ(2) ΔG＝ (B)－ *＝RT ln[x (B)]=8.314×298.15 ln（1 /22）＝-7.53 kJ 2-10
C6 H5 Cl和C6 H5 Br相混合可构成理想液态混合物。136.7℃时，纯C6 H5 Cl和纯C6 H5 Br的蒸气压分别为1.150×105 Pa和0.604×105 Pa。计算： (1)要使混合物在101 325Pa下沸点为136.7℃，则混合物应配成怎样的组成? (2)在136.7℃时，要使平衡蒸气相中两个物质的蒸气压相等，混合物的组成又如何?解：(1) 101 325=1.150×105 (1-xBr)+ 0.604×105 xBr , 求出xBr＝0.250。 (2) 1.150×105 (1-xBr)＝0.604×105 xBr，求出xBr＝0.656 2-11
100℃时，纯CCl4及SnCl4的蒸气压分别为1.933×105 Pa及0.666×105 Pa。这两种液体可组成理想液态混合物。假定以某种配比混合成的这种混合物，在外压为1.013×105 Pa的条件下，加热到100℃时开始沸腾。计算： (1)该混合物的组成； (2)该混合物开始沸腾时的第一个气泡的组成。 解：(1)该混合物中含CCl4为 x，101 325=0.666×105 (1-x)+ 1.933×105 x,求出x＝0.274。(2)第一个气泡中含CCl4为 y＝1.933×105 x/101 325＝0.522。 2-12
xB=0.001的A-B二组分理想液态混合物，在1.013×10５Pa下加热到80℃开始沸腾，已知纯A液体相同压力下的沸点为90℃，假定A液体适用特鲁顿规则，计算当xB=0.002时在80℃的蒸气压和平衡气相组成。 解： (A)≈88(273.15+90)=31957 J mol-1, 纯A液体在1.013×10５Pa下沸点为90℃, 所以 ln ( p* / Pa)= -3843.7 /( T / K)+22.11。可以求出p* (A)＝74.7 kPa , p* (B) ＝26674.7 kPa ,蒸气总压p= p* (A)(1- xB)+ p* (B) xB=128 kPa , yB= pB/ p=0.417 2-13
20℃时，当HCl的分压为1.013×10５ Pa，它在苯中的平衡组成x(HCl)为0.0425。若20℃时纯苯的蒸气压为0.100×10５Pa，问苯与HCl的总压为1.013×10５Pa时，100g苯中至多可溶解HCl多少克。 解：p(总)= p* (苯)(1- x HCl)+kx x HCl , kx=1.013×10５/ 0.0425 Pa , 求出x HCl=0.038466 , 所以100g苯中至多可溶解HCl 1.87克。 2-14
樟脑的熔点是172℃，kf = 40K kg mol-1
(这个数很大，因此用樟脑作溶剂测溶质的摩尔质量，通常只需几毫克的溶质就够了)。今有7.900mg酚酞和129 mg樟脑的混合物，测得该溶液的凝固点比樟脑低8.00℃。求酚酞的相对分子质量。 解：△T= kf b , b=(106/129)7.9×10-3/M , 所以酚酞的相对分子质量M=306 g mol-1 2-15
在15℃时1摩尔NaOH溶于4.6摩尔H2O中所形成的溶液蒸气压为596.5Pa，在此温度下纯水的蒸气压力1705Pa，设纯水活度为1。试计算： (1)溶液中水的活度因子； (2)水在溶液中的化学势与纯水化学势之差。 解：(1) pA = xA p* (A), =596.5/[1705×(4.6/5.6)]=0.426 。 (2) ΔG＝ (H2O, xA)－ *( H2O)＝RT ln[ xA]= -2.514kJ 2-16
研究C2H5OH(A) - H2O(B)混合物。在50℃时的一次实验结果如下： xAP/PaPA/PaPB/Pa 0.4439 0.881724 832 28 88414 182 21 43310 650 7 451 已知该温度下纯乙醇的蒸气压 =29 444Pa；纯水的蒸气压 =12 331Pa。试以纯液体为标准态，根据上述实验数据，计算乙醇及水的活度因子和活度。 解：pA = AxA p* (A), A = pA/[xA p* (A)] , a A= pA / p* (A),可以求出 xAA ， a AB ，a B 0.4439 0.88171.085 , 0.4817 0.791.553, 0.8637 5.108, 0.6043 2-17
在 下，HNO3和水组成的气液平衡系统： T / K373.1
358.6 x（HNO3） y（HNO3）0.00
1.00 (1)画出此系统的沸点组成图。 (2)将3molHNO3和2molH2O的混合气冷却到387.1K，互成平衡的两相组成如何?互比量为多少? (3)将3molHNO3和2molH2O的混合物蒸馏，待溶液沸点升高4K时，馏出物组成约为多少? (4)将(3)中混合物进行完全分馏，得到何物? 解：(2) x（HNO3）=0.53, y（HNO3）=0.91 , n(g) / n(l) = 0.226
(3)馏出物组成x（HNO3）=0.91
(4)馏出物纯HNO3残留物组成x（HNO3）=0.38
在303K时，将40g酚和60g水混合，系统分为两层，在酚层中含酚70%，在水层中含水92%，试计算两层液体的质量各为多少? [ 酚层51.6g
, 水层48.4g] 解：酚层液体的质量为 w, 0.70 w+(1-0.92)(100- w)=40, w=51.6 g 包含各类专业文献、文学作品欣赏、各类资格考试、应用写作文书、专业论文、中学教育、幼儿教育、小学教育、万洪文《物理化学》教材习题解答10等内容。　
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特色百科用户权威合作手机百科 收藏 查看&饱和蒸气压[bǎo hé zhēng qì yā]
在密闭条件中在一定下与固体或处于相的蒸气所具有的称为蒸气压同一在不同温度下有不同的蒸气压并随着温度的升高而增大不同液体饱和蒸气压不同溶质难溶时纯溶剂的饱和蒸气压大于溶液的饱和蒸气压对于同一固态的饱和蒸气压小于液态的饱和蒸气压外文名saturated vapor pressure计算公式3种
在30℃时水的饱和蒸气压为Pa,为Pa而在100℃时水的饱和蒸气压增大到Pa,乙醇为Pa饱和蒸气压是液体的一项重要液体的液体的相对挥发度等都与之有关(1)Clausius-Claperon方程:d lnp/d(1/T)=-H(v)/(R*Z(v))
式中p为蒸气压H(v)为蒸发潜热Z(v)为饱和蒸汽与饱和液体压缩因子之差
该方程是一个十分重要的方程大部分蒸汽压方程是从此式得出的
(2)Clapeyron 方程:
若上式中H(v)/(R*Z(v))为与温度无关的常数式并令积分常数为A则得Clapeyron方程ln p=A-B/T
式中B=H(v)/(R*Z(v))
(3)Antoine方程lg p=A-B/(T+C)
式中ABC为Antoine常数可查数据表Antoine方程是对Clausius-Clapeyron方程最简单的改进在1.333~199.98kPa范围内误差小在表1中给出了采用Antoine公式计算不同物质在不同温度下蒸气压的常数ABC其公式如下
lgP=A-B/(t+C)　 　1
式中P物质的蒸气压
公式1适用于大多数化合物而对于另外一些只需常数B与C值的物质则可采用2公式进行计算
lgP=-52.23B/T+C 　 　2
式中P物质的蒸气压毫米汞柱
表1 不同物质的蒸气压
1,1,2-三氯乙烷
1,1,2一三氯乙烯
1,2一丁二烯
1,3一丁二烯
2-甲基丙烯-1
2-甲基丁二烯-1,3
氨基甲酸乙酯
苯甲酸甲酯
苯甲酸甲酯
-210～-180
对硝基苯胺
对硝基甲苯
二苯基甲烷
二甲替甲酰胺
二甲替酰胺
150～320.9
环氧丙烷(1,2)
　　甲乙醚
　　间甲酚
间硝基苯胺
间硝基甲苯
均二氯乙烷
均二溴乙烷
-188.7～-169
邻苯二甲酸酐
邻硝基苯胺
邻硝基甲苯
氯化亚硝酰
-61.5～-5.4
偏二氯乙烷
-259.2～-248
三硝基甲苯
三氧化二氮
三氧化二砷
三氧化二砷
水杨酸甲酯
顺丁烯二酸酐
四氧化二氮
四氧化二氮
五氧化二氮
250～419.4
-207.62～-189.19
-210～-160
-163.7～148
-210～-160
异辛烷(2-甲基庚烷)
水在不同温度下的饱和蒸气压
Saturated Water Vapor Pressures at Different Temperatures
饱和蒸气压
饱和蒸气压
饱和蒸气压
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