【文章內容簡介】 ? ???? i0fii0fior )H( )H( HofH?(612) ofH?由蓋斯定律得 由生成熱計算 : 31 由燃燒熱計算 :由蓋斯定律得 反應物 產物 式中 — 反應物或產質的標準燃燒熱， kJ/mol。 物質的標準燃燒熱也可從有關手冊中查得。 化學反應熱與反應物和產物的溫度有關。 若反應在 標準狀態(tài) (25℃ 和 ?105Pa)下進行， 則化學反應熱又稱為 標準化學反應熱。 ? ???? ???? i0cii0cior )H( )H( HocH? (513) 32 任意溫度 t℃ 下化學反應熱的計算 : 若反應在 t℃ 下進行 ， 且反應物和產物在 (25t)℃ 之間均無相變化 ， 則可設計如下熱力學途徑 : 反應物 t℃ 反應物 25℃ 產物 25℃ 產物 t℃ 0rH? trH?(25t)??iCpi (t25)??iCpi 由蓋斯定律得 : 反應物 產物 式中 :t— 反應溫度， ℃ ； Cpi— 反應物或產物在 (25～ t) ℃ 之間的 平均定壓比熱 ， kJ?mol1? ℃ 1。 + (25t)??iCpi +(t25)??iCpi 0rH? trH?= (614) 33 若某反應物或產物在 (25～ t)℃ 之間存在相變，例如，若反應物中的 j組分在溫度 t ?(25 t?t)時發(fā)生相變，則可設計如下熱力學途徑 : 反應物首先從 25 ℃ 相變溫度 t? 相變溫度 t? 反應溫度 t (25t ?)??iCpi ?jrj (t ?t)??iCpi trH? 0rH?= + (t25)??iCpi +(25t ?)??iCpi + ?jrj + (t ? t)??iCpi (615) cp3 Q ??過程的熱效應 由物理變化熱 和 化學變化熱 兩部分組成 ,即 34 加熱或冷卻設備所消耗的熱量或冷量 Q5 對穩(wěn)態(tài)操作過程， ； 對非穩(wěn)態(tài)操作過程，如 開車 、 停車 以及各種 間歇操作過程 ， Q5可按下式計算 式中 :G— 設備各部件的質量， kg； Cp— 設備各部件材料的平均定壓比熱， kJ/kg1?℃ 1； t1— 設備各部件的初始溫度 ,℃ ； t2— 設備各部件的最終溫度， ℃ 。 ∵ 與其他各項熱量相比， Q5的數(shù)值一般較小 ∴ Q5?？珊雎圆挥?。 0Q 5 ? ? ?? )tt(GCQ12p5(616) 35 熱散失 — Q6 設備向環(huán)境散失的熱量 Q6可用下式計算 (617) 式中 : ?T— 對流 輻射聯(lián)合傳熱系數(shù) ,W?m2?℃ 1； AW— 與周圍介質直接接觸的設備外表面積， m2； tW— 與周圍介質直接接觸的設備外表面溫度， ℃ ； t— 周圍介質的溫度， ℃ ； ?— 散熱過程持續(xù)的時間， s. 工程設計中 ,取 Q6 = Q1 3wwT6 10)tt(A ?????? ?36 熱量衡算的步驟 (1)明確衡算目的 ，如通過熱量衡算確定 某設備或裝置的 Q、加熱劑或冷卻劑的消耗量等數(shù)據(jù)。 (2)明確衡算對象，劃定衡算范圍 ， 并繪出熱量衡算示意圖。 為了計算方便，常結合物料衡算結果，將進出衡算范圍的 各股物料的數(shù)量、組成和溫度 等數(shù)據(jù)標在熱量衡算示意圖中。 (3)收集與熱量衡算有關的熱力學數(shù)據(jù)， 如 定壓比熱、相變熱、反應熱 等。 (4)選定衡算基準。 (5)列出熱量平衡方程式，進行熱量衡算。 (6)編制熱量平衡表。 37 熱量衡算舉例 (1)反應過程 例 62 物料衡算數(shù)據(jù)如表 43所示 。 已知加入甲苯和濃硫酸的溫度 t進 均為 30℃ ， 脫水 器的排水溫度為 65℃ ， 磺化液的出料溫度為 140℃ ，甲苯與硫酸的標準化學反應熱為 ?mol1 (放熱 )， 設備 (包括磺化釜 、 回流冷凝器和脫水器 ,下同 )升溫所需的熱量為 105kJ， 設備表面 向周圍環(huán)境的散熱量為 104kJ， 回流冷凝器 中冷卻水移走的熱量共 105kJ。 試 對甲苯磺 化 過程進行熱量衡算 。 38 熱力學數(shù)據(jù)為： 原 料 甲 苯 的 定 壓 比 熱 為 ?kg1?℃ 1 ； 98%硫酸的定壓比熱為 ?kg1?℃ 1 ； 磺化液的平均定壓比熱為 kJ?kg1?℃ 1 ； 水的定壓比熱為 ?kg1?℃ 1 。 39 解： 熱量衡算的目的 :確定磺化過程中的補充加熱量 。 衡算對象 :甲苯磺化裝置 (包括磺化釜 、 回流冷凝器和脫水器等 ) 。 若將 過程的熱效應 作為輸入熱量來考慮 ， 則可繪出如圖 51所示的熱量衡算示意圖 。 反應原料帶入熱量Q 1磺化過程補充加熱量Q 2過程的熱效應Q 3反應產物帶出熱量Q 4設備升溫所需熱量Q 5設備表面向環(huán)境的散熱量Q 6回流冷凝器移走熱量Q 7甲苯磺化裝置圖 61 甲苯磺化裝置熱量衡算示意 40 P61 輸 入 物料名稱 質量 /kg 質量組成 /% 純品量 /kg 原料甲苯 1000 甲苯 999 水 1 濃硫酸 1100 硫酸 1078 水 22 總計 2100 2100 輸 出 磺化液 對甲苯磺酸 鄰甲苯磺酸 間甲苯磺酸 甲苯 硫酸 水 脫水器排水 水 100 總計 2100 2100 表 43 甲苯磺化過程的物料平衡表 41 則熱量平衡方程式可表示為 7654321 Q ?????? )2530( 0)2530( 0Q41??????????cp3 Q ??取熱量衡算的 基準溫度 為 25℃ ，則 121s)OH kg(kJ mm1)15t(mm12111H??????????反應中共加入 98%濃硫酸的質量為 1100kg，其中含水 22kg。若以 SO3計， 98%硫酸的質量分率為 80%。由式 (67)得 42 反應結束后 ,磺化液含硫酸 ,水 。以 SO3計 ,硫酸的質量分率為 %。則 122s)O Hkg(kJ .61833 )1525(2111H??????????? 4p ?????? 9210979Q63c????? 所以 Q664cp3????????反應消耗的甲苯量為 979kg，則 43 Q4= (14025)+ (6525) = 105 kJ Q5= 105kJ Q6= 104kJ Q7= 105kJ ∴ Q2=Q4 + Q5 + Q6+ Q7 Q1 Q3 = 105kJ 熱量衡算結果見表 62. 44 表 62 甲苯磺化過程熱量平衡表 項目名稱 熱量 / kJ 項目名稱 熱量 / kJ甲 苯： 1000 kg 磺 化 液： 1906 . 9 k g濃硫酸： 1 1 0 0 kg1 . 6 6 ? 104脫水器排水： 1 9 3 . 1 k g3 . 81 ? 105過程熱效應 1 . 3 2 ? 106設備升溫 1 . 3 ? 105補充加熱 2 . 1 6 ? 105設備表面散熱 6 . 2 ? 104冷卻水帶走熱量 9. 8 ? 105輸入合 計 1 . 5 5 ? 106輸出合 計 1 . 5 5 ? 10645 熱