安全热容量和反应热传导（一）

1、安全热容量和反应热传导（一） 有机合成反应的反应底物大多需要溶解在有机溶剂中，反应在液相中举行。用法液态反应体系的目的和意义有以下几方面： (1)反应底物匀称簇拥在液态体系中，能增强反应底物之间的互相有效碰撞，加快反应速率。 (2)液态反应体系充当反应热的存储库，即热容库。广义热容库是指临时汲取容纳反应热的系统。 (3)作为传热介质将反应体系外的温浴热量传导进来，以及将汲取的反应热通过体系外的冷浴温差从反应体系中传导出去，以维持一个抱负的反应温度环境，保证反应速率的平稳性。 其中，有机溶剂作为热容库和传热介质体系在平安考量上有着极其重要的意义。作为热容库的有机溶剂，假如在品种挑选上不当或数量不

2、够，就会引起反应热不能被平安、准时、有效地吸储，从而导致冲料，甚至爆炸燃烧。还有重要的一面，当反应热大于有机溶剂的平安热容量(其定义见本页下半页)时，特殊是放大到公斤级以及车问生产，如何将反应过程中大于有机溶剂热容量的部分准时导除，需要涉及热交换的换算，而热交换的换算又涉及设施的外形、材质、交换面积、冷媒品种及不同阶段的温度、搅拌方式和速度等。 热容(hcat capacity)是用以衡量物质所包含的热量的物理量，gb3102.41993的标准定义是：“当一系统因为加给一极小的热量q而温度上升dt吋，q/dt这个量即是该系统的热容。”通常用符号c表示，单位是j/k(jk-1)或j/(j-1)。

3、或者说，热容是一定量的物质在一定条件下温度上升1所需要的热，其公式为 比热容(specific heat capacity)又称比热容量或比热(specific heat)，是单位质量的某种物质在温度上升时汲取的热量与它的质量和上升温度的乘积之比。比热容是表示物质热性质的物理量，与物质的状态和物质的种类有关，通常以符号c表示，常用单位为j/(kg)、j/(g)、kj/(kg)、cal/(kg)、kcal/(kg)等，其中也可用k表示，一些常用有机溶剂的比热容kcal/(kg)的大休值(300k、定压和定容的状况下)如下：0.41、乙醚0.43、0.46、0.47、0.48、0.53、0.53、

4、0.53，0.58，0.60，水1.00。 这里要新定义一个名词：平安热容量。平安热容量是指某反应体系(反应底物、催化剂及溶剂的总和)在特定条件(如定压)下，达到沸点(或体系爆炸温度临界值、体系燃烧温度临界值)前的反应热的平安容纳量，也即反应总体系平安吸储反应热的最大能力。虽然在反应热大于平安热容量的状况下，可以通过回流冷却来移去反应热与平安热容量的差值，但是考量平安热容量仍然是保证本质平安的有效措施，而且是十分重要的。 用平安热容量举行反应的设计，特殊是在有机溶剂挑选上突显其重要意义。普通来说，反应过程中的平安热容量主要取决于所挑选有机溶剂的比热容、沸点的凹凸和用量。比热容、沸点和用量称为打

5、算平安热容量的三要素。对于一个反应来说，反应体系中反应溶剂沸点的凹凸对平安热容量起的作用最大，第二为溶剂的用量(有时为主要素)，最后才是溶剂的比热容。 (1)对于放热显然的反应，在相像相溶原则的基础上，尽量挑选比热容高的有机溶剂，以便能最大量地平安吸储反应热。 (2)对于放热很显然的反应，应当挑选沸点高的有机溶剂，这样更能大大提高平安热容量，以最大量地吸储反应热。例如，甲苯的比热容为0.41，的比热容为0.43，在用法等量溶剂的状况下，的比热容仅比甲苯高出约5%，但是因为甲苯的沸点比乙醚高出无数，有效平安热容量就相应高出无数倍。假如某反应可以用乙醚做溶剂，也可以用甲苯做溶剂，而且反应热较大，那就要果断选用甲苯。在常用的已知有机溶剂中，乙醚的容热能力是最小的，所以普通不要考虑用法乙醚，在乙醚的用法管理上要加以严格限制。 (3)对于放热比较显然的反应，有机溶剂的用法量普通是反应底物质量的1020倍，对反应热大、放热很显然的反应，甚至要增强到50100倍，以大比例有机溶剂来增强平安热容量。但要注重一些忌水的反应，过大比例的溶剂，即使是肯定无