化学反应过程中热量衡算--焓差计算技巧.pdf

第 18 卷第 4 期 2005 年 8 月 常 州 工 学 院 学 报 Journal of Changzhou Institute of Technology Vol 18 No 4 Aug 2005 收稿日期 2005 06 13 化学反应过程中热量衡算 焓差计算技巧 张桂军 湖南化工职业技术学院 湖南 株州 412004 摘要 化学反应过程中热量衡算通常情况下主要就是焓差的计算 焓是一种状态函数 其绝对 值无法求取 比焓和焓差的计算成为热量衡算的主要任务 比焓和焓差的计算关键是计算基准的 确定 同时也离不开热容值的正确获取 关键词 热量衡算 焓 焓差 热容 中图分类号 O6 文献标识码 B文章编号 1671 0436 2005 04 0059 03 化工生产中热量的消耗是能量消耗的主要部分 例如一套年产 25 万吨乙烯的裂解装置 用柴油作 裂解原料时 总能量消耗约为 1 314 109kJ h 1 其中 90 是热量 因此 化工过程中的能量衡算主要 是热量衡算 对于没有功的传递 并且动能和位能差可以忽略不计的设备 其实热量衡算式可表达成 连续稳定过程 间歇操作过程 所以热量衡算就是计算在指定的条件下进出物料的焓差或热力学能的改变 从而确定过程传递的 热量 而化工过程大多是连续稳定过程 所以化学反应过程中热量衡算主要就是焓差的计算 焓变的技巧算法 一般来说 有化学反应过程的热量衡算 系统应提供或移走热量的多少 等于过程的焓差 当 0 时 应提供热量 0 应移走热量 对于连续稳定过程热量的计算即焓差的计算 焓变的数值代表热量 的多少 正负代表供热还是移热 焓变计算有以下计算方法 焓是一个状态函数 其绝对值是无法计算的 所以焓值都是相对于某一参考温度的值 称为比焓 可 由 H I T2 T1CpCT 来计算比焓的值 其中 T1 为参考态温度 即基准温度 基准温度可根据需要选取一般为 获取数据方便 常以 25 C 为比焓计算的基准温度 比焓的计算可根据具体获取数据的情况进行简化计算 常见的有以下 3 种方法 1 直接查表获取比焓 例如水在各种温度下的比焓可直接查手册 其焓差可直接计算 H H2 H1 此时查到的各温度下的焓仍是相对于实验参考态下的数据 仍不是绝对值 查到的也是比焓 这种方 法计算虽然简单 但只有少数几种很常见的物质比焓数据才可直接通过查手册获取 所以此法受到一定 的局限 2 H2 H1 T2 T1Cp mCT 式中Cp m为恒压热容 当能查到T1 T2间的平均热容即Cp m时 上式可 简化为 H2 H1 ICp m T2 T1 一般只能查到 25 C T1和 25 C T2的 Cp m 此时 常州工学院学报 H nCp m2 T2 298 nCp ml Tl 298 式中 n 为物质的量 则 Cp m应为恒压摩尔热容 如查到的 Cp m为质量恒压热容时 公式变为 H2 Hl m T2 TlCpdT 3 比焓和平均热容皆无法直接获取时必须用积分式 此时常见物质热容可查手册 满足关系式 Cp a 6T cT2 dT3代入 H2 Hl n T2 TlCpdT 积分即可 化学反应通常伴随有能量的变化 以反应热的形式体现出现 这种随化学反应而产生或消耗的热量 称为反应的热效应 有些反应过程的热效应是很明显的 为了使反应温度得到控制 必须及时地自反应 体系排出热量或向反应体系提供热量 此热量的大小即为过程焓的变化 热量的计算方法和基准选取 化学反应过程的热量衡算计算方法和基准选取有关 常见有以下两种方法 l 方法一 以 298 K l0l 3 Lpa 为反应物及产物的计算基准 非反应物以任意温度为基准 此种方法适合已知标准反应热 且反应单一的系统 此时反应过程的焓差用下式计算 H nA H r A 2 输出niHi 2 输入niHi 式中 nA A可为反应物的摩尔数和化学计量系数 也可为产物的摩尔数和化学计量系数 当为反应 物时 nA为消耗的 A 物质的摩尔数 当为产物时 nA为生成 A 的摩尔数 式中 H r 为标准反应热 可由标准生成热 H f 和标准燃烧热 H c 求取 即 H r 2 产物 i H f 2 反应物 i H f H r 2 反应物 i H c 2 产物 i H c 式中 Hi为输入或输出各物质相对于基准态的焓值 其计算方法可根据具体情况采用上面介绍的三 种方法中的任一种 此种方法适合反应单一的过程且标准反应热容易获取的情况 当反应体系复杂时 反应物的消耗和生成物的生成量都难以计算 标准反应热也要一一计算 计算量较大 一般采用以下基 准 方法二 以组成反应物及产物的元素的稳定单质 在 298K l0l 3Lpa 时的焓为零 非反应物分 子以任意适当的温度为基准 此时反应过程的焓差用下式计算 H 2 输出niHi 2 输入niHi 式中比焓 Hi的计算 单质 20 C 输入或输出温度 T 状态的焓 计算方法参照前面介绍的 3 种方法 通式为 Hi T2 298CpdT 化合物 Hi H f T2 298CpdT 结论 综上所述 稳定系统化学反应过程的热量衡算即为焓差的计算 焓差数值的大小即热量传递的值 符号即热量传递的方向 为正需提供热量 为负需移走热量 062005 年 第 4 期 参考文献 1 葛婉华 陈鸣德 化工计算 M 北京 化学工业出版社 1990 2 李文原 化工计算 M 北京 化学工业出版社 1990 Calculation of Heat Balance in Chemical Reaction Course ZHANC Cui jun Hunan Chemistry Industry Vocation Technical Industitute Zhuzhou 412004 Abstract The calculation of heat balance can mainly be regarded as enthalpy minus enthalpy in chemi cal reaction course Enthalpy is a kind of state function Its absolute value can not be got The primary mis sion of heat balance is calculation of specific enthalpy and enthalpy difference The key to calculate the spe cific enthalpy and enthalpy difference is to make sure of the benchmark as well as the value of heat capacity value Key words calculation of heat balance enthalpy enthalpy and enthalpy difference heat capacity 责任编辑 庄亚华 上接第 54 页 参考文献 1 周曦 李湛东编著 生态设计新论 对生态设计的反思和再认识 M 南京 东南大学出版社 2004 8 9 2 吕敏 京杭大运河常州段的水质测定与防治 J 常州工学院学报 2004 6 74