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分子筛催化甲苯和叔丁醇烷基化反应的机理及热力学分析作者：孙兴龙来源：《当代化工》2019年第03期摘 ;;;;;要：研究了沸石分子筛催化甲苯和叔丁醇烷基化反应机理，并采用热力学计算方法对甲苯叔丁基化过程所涉及的主要反应进行了热力学分析。
研究结果表明，甲苯和叔丁醇烷基化属于芳环上的亲电子取代反应，遵循正碳离子机理。
甲苯和叔丁醇烷基化反应是一个自发进行的放热反应，温度越高，反应热效应越小，反应自发进行的程度越低。
关 ;键 ;词：甲苯;叔丁醇;烷基化;反应机理;热力学分析中图分类号：TQ013.1 ;;;;;;;文献标识码： A ;;;;;;文章编号： 1671-0460（2019）03-0638-05Abstract： The reaction mechanism on alkylation of toluene with tert-butyl alcohol over zeolite was studied and the thermodynamic analysis on the main reactions was also carried out in detail. The result showed that the alkylation of toluene with tert-butyl alcohol is an electrophilic substitution reaction on the aromatic ring. The tert-butylation of toluene was commonly considered to proceed via carbenium ion mechanism. The alkylation of toluene with tert-butyl alcohol was spontaneous exothermic reaction. The heat effect decreased， while the Gibbs free energy increased with the increase of temperature.Key words： Toluene; tert-butyl alcohol; Alkylation; Reaction mechanism; Thermodynamic analysis對叔丁基甲苯是一种十分重要的有机材料，应用十分广泛。
钦州学院化工原理课程设计设计题目：用aspen对苯-甲苯分离浮阀板精馏塔进行辅助设计设计者：罗书艺学号：**********专业：化学工程与工艺班级：化工本112班指导教师：***设计时间：2014年5月25日～2014年6月15日课程设计任务书一、设计题目用aspen对苯-甲苯分离浮阀板精馏塔进行辅助设计二、设计任务1.原料名称:苯-甲苯二元均相混合物；2.原料组成：含苯35%（质量百分比）；3.产品要求：塔顶产品中苯含量不低于97%，塔釜中苯含量小于0.9%；4.生产能力：年处理量2.8万吨/年；5.设备形式：浮阀塔；6.生产时间：300天/年，每天24h运行；7.进料状况：泡点进料；8.操作压力：常压，泡点进料，塔顶全凝器，单板压降不大于0.7kPa；9.加热蒸汽压力：270.18kPa；10.公用工程水温度：热源为低压饱和水蒸气（120℃），冷源为当地水（钦州地区25℃）。
三、设计内容1.设计方案的选定及流程说明；2.用Aspen Plus模拟计算，给出物料流程图和物流表，计算总物料平衡和能量平衡；3.用Aspen Plus模拟精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；4.塔板数的确定；5.精馏塔塔体工艺尺寸的计算；6.塔板主要工艺尺寸的计算；7.塔板的流体力学验算；8.用Aspen Plus对换热器进行模拟设计；9.绘制生产工艺流程图（带控制点、机绘，A2图纸）；10.绘制板式精馏塔的总装置图（包括部分构件，A1图纸）；四、设计要求1.工艺设计说明书一份2.工艺流程图一张，主要设备总装配图一张（采用AutoCAD绘制）五、设计完成时间2014年5月25日～2014年6月15日概述本文采用aspen对苯-甲苯分离浮阀板精馏塔进行辅助设计，对于该二元均相混合物的分离，应采用连续精馏过程。
设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点温度后送入精馏塔内。
塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。
换热器课程设计甲苯一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握换热器的基本原理和甲苯在换热器中的传热过程。
具体目标如下：1.了解换热器的定义、分类和作用。
2.掌握甲苯的物理性质和热力学性质。
3.理解甲苯在换热器中的传热机理。
4.能够分析换热器的设计参数和操作条件。
5.能够计算换热器的传热面积和热负荷。
6.能够运用甲苯的传热数据进行换热器的设计和优化。
情感态度价值观目标：1.培养学生的环保意识，使他们在设计和操作换热器时能够考虑到节能减排。
2.培养学生的创新精神，鼓励他们积极探索新的换热器设计和操作方法。
3.培养学生的团队合作能力，使他们能够与同学共同完成换热器的设计和实验。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括换热器的基本原理、甲苯的物理性质和热力学性质、甲苯在换热器中的传热过程。
具体内容包括：1.换热器的定义、分类和作用。
2.甲苯的物理性质（如密度、比热容等）和热力学性质（如热导率、粘度等）。
3.甲苯在换热器中的传热机理，包括对流传热和热传导。
4.换热器的设计参数和操作条件，如传热面积、热负荷等。
5.换热器的传热计算方法，如NTU法、ε-NTU法等。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本节课将采用多种教学方法，包括：1.讲授法：讲解换热器的基本原理和甲苯的传热过程。
2.案例分析法：分析实际工程中的换热器设计和操作案例。
3.实验法：安排实验室实践，让学生亲自操作换热器并观察传热过程。
4.讨论法：分组讨论换热器的设计和优化方法，分享彼此的思路和成果。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，本节课将准备以下教学资源：1.教材：选用《换热器设计与应用》作为主教材，辅助以相关学术论文和工程案例。
2.参考书：提供《化工热力学》、《化工传热学》等参考书籍，供学生深入研究。
3.多媒体资料：制作PPT课件，展示换热器的工作原理和甲苯的传热过程。
4.实验设备：准备换热器实验装置，让学生能够亲自进行实验观察和数据分析。
收稿日期:2004-03-01作者简介:王桂荣(1963-),女,河北枣强人,副教授,博士,从事绿色化工工艺与化学反应工程研究。
联系人:王延吉,电话:(022)26564289,E -mail :yjwang @hebut .edu .cn 。
文章编号:1004-9533(2005)01-0008-06合成甲苯-2,4-二氨基甲酸甲酯反应体系的热力学分析王桂荣,赵新强,王延吉(河北工业大学化工学院,天津300130)摘要:由2,4-二氨基甲苯与碳酸二甲酯制备甲苯-2,4-二氨基甲酸甲酯为一复合反应体系。
本文用基团贡献法计算了该反应体系的反应热、吉布斯自由能变化、化学反应平衡常数。
对反应原料中甲醇的含量对甲苯-2,4-二氨基甲酸甲酯收率的影响进行了计算。
计算数据与文献值及试验结果比较,表明计算结果可靠,对实验室研究及工业生产都有重要的指导意义。
关键词:2,4-二氨基甲苯;甲苯-2,4-二氨基甲酸甲酯;平衡常数;热力学分析中图分类号:TQ013.2 文献标识码:AThermodynamic Analysis of Synthesis of Toluene -2,4-DicarbamateWANG Gui -rong ,ZHAO Xin -qiang ,W ANG Yan -ji(School of Chemical Engineering and Technol ogy ,Hebei Univers ity of Technology ,Tianjin 300130,China )A bstract :The synthesis of toluene -2,4-dicarba mate (TDC )from 2,4-diamino toluene and dimethyl carbonate is a complex reaction system .The reaction heat ,Gibbs free energy change and equilibrium c onstant of the reactions are calculated by methods of group c ontribution .The effect of methanol content in the ra w material on the yield of TDC is investigated .The comparison among the estimated data ,literature data and experimental data show that the results of estimation are reasonable ,and the results are ver y important for experimental research and scale -up of the process .Key words :2,4-dia mino -toluene ;toluene -2,4-dicarba mate ;equilibrium constant ;thermodynamic analysis 甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI )是重要的有机化工中间体,是制备聚氨酯的重要原料。
第五章能量衡算第一节概述第二节热量衡算第三节过程的热效应第四节热量衡算举例第五节加热剂、冷却剂及其其他能量消耗的计算5.1 概述5.1.1 能量衡算的目的和意义计算过程能耗指标进行方案比较，选定先进生产工艺。
能量衡算数据是设备选型和计算的依据；是组织、管理、生产、经济核算和最优化的基础5.1.2 能量衡算的的依据及必要条件依据为能量守恒定律条件：物料衡算的数据，相关热力学物性数据。
5.1.3 能量守恒的基本方程输出能量+消耗能量+积累能量=输入能量+生成能量5.1.4 能量衡算的分类单元设备的能量衡算和系统的能量衡算5.2 热量衡算5.2.1 热量平衡方程式Q —物料带入设备的热量，kJ ;Q2—加热剂或冷却剂传给设备及所处理物料的热量，kJ ;Q3 —过程的热效应，kJ;（注意符号规定）Q4—物料带出设备的热量，kJ ；Q5—加热或冷却设备所消耗的热量或冷量，kJ ；Q6 —设备向环境散失的热量，kJ。
注意各Q勺符号规定Q为设备的热负荷。
若Q为正值，需要向设备及所处理的物料提供热量; 反之，表明需要从设备及所处理的物料移走热量。
对间歇操作，按不同的时间段分别计算Q的值，并取其最大值作为设备热负荷的设计依据。
522 各项热量的计算1、计算基准一般情况下，可以0C和1.013 105Pa为计算基准有反应的过程，也常以25C和1.013 105Pa为计算基准。
2、Q或Q的计算无相变时物料的恒压热容与温度的函数关系常用多项式来表示：若知物料在所涉及温度范围内的平均恒压热容，贝心3、Q的计算过程的热效应由物理变化热Q和化学变化热Q两部分组成物理变化热是指物料的浓度或状态发生改变时所产生的热效应。
若过程为纯物理过程，无化学反应发生，如固体的溶解、硝化混酸的配制、液体混合物的精馏等，则Q C= 0 。
化学变化热是指组分之间发生化学反应时所产生的热效应，可根据物质的反应量和化学反应热计算。
4、Q的计算稳态操作过程Q 5= 0非稳态操作过程由下式求QQ=' GC (T2-T1)G-设备各部件的质量，kg;G—设备各部件材料的平均恒压热容，kJ kg-1「C-1;T1—设备各部件的初始温度，C；T2—设备各部件的最终温度，C。
偏三甲苯甲醇烷基化制备均四甲苯的研究摘要：对偏三甲苯与甲醇的反应进行了热力学分析，计算了不同温度下的反应焓变和平衡常数；进行了气相色谱柱的筛选和均四甲苯在偏三甲苯中的溶解度测定；在管式反应器内进行了空白实验和催化剂的活性实验。
实验结果表明偏三甲苯的转化率大于24%，均四甲苯的选择性大于97.2%。
关键词：均四甲苯，偏三甲苯，烷基化ALKYLATION OF 1，2，4-TRIMETHYLBENZENE WITH METHANOL TO FORM 1，2，4，5-TETRAMETHYLBENZENEAbstract：The alkylation of 1,2,4-Trimethylbenzene with methanol on HZSM-5 zeolite catalysts was studied. the enthalpy of reaction and equilibrium-constant under different temperature were calculated. gas phase column was choosed and the solubility of 1,2,4,5-Tetramethylbenzene in 1,2,4-Trimethylbenzene was measured. In the pipeline reactor, the empty experiment and the experiment of catalysts’ activity is also done. The results of the experiment show 1,2,4,5-Tetramethylbenzene’s inversion rate was more than 24%, and the 1,2,4,5-Tetramethylbenzene’s selectivity was over 97.2%.Key words: alkyation; 1,2,4-Trimethylbenzene ; 1,2,4,5-Tetramethylbenzene一．前言均四甲苯是一种重要的有机化工原料，主要用于生产均苯四甲酸二酐(简称均酐或PMDA)。
化工热力学考试试卷（附答案）一、填空题（每题2分）1.正丁烷的偏心因子ω=0.193，临界压力p c=3.797MPa，在T r=0.7时的蒸汽压为_______ MPa2.混合物的逸度与纯组分逸度之间的关系是_______3.剩余性质实质相同的温度和压力下____________热力学性质之差；超额性质是指_____________热力学性质之差4.气体从高压到低压作绝热可逆膨胀时△T_______,△S_______，理想气体流过节流阀时，△T_______,△S_______5.由热力学第二定律可知，过程的不可逆性越大，过程的熵产△S_____，损耗功W L____二、选择题（每题2分）1.在90℃，1atm下，苯（1）—甲苯（2）汽液平衡系统可以视为完全理想体系，此条件下蒸汽压p s1=1.343atm，p s2=0.535atm，则汽液平衡组成x1,y1分别是（）A.0.576;0.773 B.0.773;0.576 C.0.424;0.227 D.0.227;0.4242.熵产△S是由_____而引起的A.体系与环境间热量交换B.体系与外界功的交换C.体系内部的不可逆性D.体系与外界的物质交换3.冬天要给寝室供热取暖，消耗500W·h的电量，采用可逆热泵循环（空调），电热器两种供热方式，哪种供热量多？（）A.热泵B.两者相等C.电热器D.有争议，无法比较4.下面哪种做法不利于提高朗肯循环热效率？（）A.提高汽轮机进汽温度B.提高汽轮机进汽压力C.提高汽轮机出汽压力D.抽出汽轮机部分蒸汽用于加热锅炉供水5.对于无热溶液，下列各式成立的是_____A.S E=0,V E=0B.S E=0,A E=0C.G E=0,A E=0D.H E=0,G E=-TS E6.苯（1）—环己烷（2）在303K，0.1013MPa下形成x1=0.3的溶液，此条件下V1=89.96cm3/mol, V2=109.4cm3/mol,V___1=91.25cm3/mol,V___2=109.64cm3/mol,溶液的超额体积为_____cm3/mol.A.0.55B.-0.24C.-0.55D.0.247.化工热力学中有各种状态方程，如RK方程，理想气体状态方程，vdW方程，SRK方程，PR方程，请为它们的计算准确性排序（）A.RK>PR>SRK>vdW>理想气体状态方程B.PR≈SRK>RK>vdW>理想气体状态方程C.PR>vdW>SRK>RK>理想气体状态方程D.SRK>PK>PR>vdW>理想气体状态方程8.下列关于逸度的说法不正确的是（）A.逸度可称为校正压力B.逸度就是物质从系统中逃逸趋势的量度C.逸度表达了真实气体对理想气体的偏差D.逸度课代替压力，使真实气体的状态方程变为f v=nRT9.立方型状态方程有多种形式，其中对摩尔体积V的三次展开式中，若解得V有三个实根，则最大的根表示（）A.气相摩尔体积V VB.液相摩尔体积V LC.无实际物理意义D.气相摩尔体积与液相摩尔体积之和10.下列化工热力学研究特点的说法不正确的是（）A.研究体系为实际状态B.处理方法以理想状态为标准态加以校正C.解释微观本质及其产生某种现象的内部原因D.应用领域是解决工程中的能量利用及平衡问题三、计算题（每题15分）1.某二组元液体混合物在298K 和1.0133×105Pa 下的焓可用下式表示：式中H 单位为J ∕mol 。
甲苯的密度第二章热力学第二定律习题1. 1L理想气体在3000 K时压力为1519.9 kPa，经等温膨胀最后体积变到10 dm3，计算该过程的Wmax、ΔH、ΔU及ΔS。
解：2. 1mol H2在300K从体积为1dm3向真空膨胀至体积为10 dm3，求体系的熵变。
若使该H2在300K从1dm3经恒温可逆膨胀至10 dm3其熵变又是多少？由此得到怎样的结论？解：真空膨胀为不可逆过程，要计算熵变，必须先设计可逆过程，即等温可逆膨胀过程，ΔS = nRln(V2/V1)＝1×8.314×ln10 = 19.14J/K对于等温可逆膨胀，不需设计可逆过程，直接计算，由于两步的始态和终态相同，所以等温可逆膨胀的熵变也等于19.14J/K。
结论：只要体系的始态和终态相同，不管是可逆过程还是不可逆过程，体系熵变相同。
3. 0.5 dm3 343K水与0.1 dm3 303K水混合，求熵变。
解：水的混合过程为等压变化过程，用ΔS = nCp,mln(T2/T1)计算，同时熵是广度性质的状态函数，具加和性，熵变ΔS等于高温水的熵变ΔSh加上低温水的熵变ΔSc。
先计算水终态温度，根据高温水放出的热量等于低温水吸收的热量来计算，设终态水温为T 终。
Q = nCp,m (T2 - T1) = (0.1ρ/M) Cp,m (T终-303) = (0.5ρ/M) Cp,m (343-T终)T终 = 336.3KΔS = ΔSh +ΔSc = (0.5ρ/M) Cp,mln(336.3/343) + (0.1ρ/M) Cp,m ln(336.3/303)= (0.5×103/18)×75.31 ln(336.3/343) + (0.1×103/18)×75.31 ln(336.3/303)= 2.35J/K4. 有473K的锡0.25kg,落在283K1kg的水中，略去水的蒸发，求达到平衡时此过程的熵变。
