工程技术-夏之火队附件4热量衡算

1、热量衡算说明 温度： o C。硫辛酸热量衡概Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 1-QQ2式中 Q1 物料带入到设备的热量kJ Q2 加热剂传给设备的热量kJ Q3 物理变化及化学反应的热效应kJ Q4 物料离开设备所带走的热量kJ Q5 消耗于提高设备本身温度的热量kJ Q6 设备向环境散失的热量kJ 环合反应釜硫化钠，温度为 25，加料时间为 30min。时间为 1.5h。溴化铵，使釜内温度从 60升到 75，加料升温时间为 0.5h。且控制温度在 75左右。釜内加热回流，进行环合反应，时间为 8h。fg 段：开冷却水，使环合液冷却至 25待用，冷却时间为 1h至 60，加料升温时间为 1h。图

2、1-2 环合反应温度-时间示意图环合反应物质的物化性11 （b）式中，M化合物的分子量元素原子的比热容见表 1。1-1 元素原子的比热容元Ca /kJkg-1-元Ca /kJkg-1-进口：Tm=25,查得 CP 进=0.998kcalkg-1-kJkg-1-出口：Tm=60,查得 CP 出=0.998kcalkg-1-kJkg-1- （29.628+16.74 ）/240.18=1.659kJkg-1-硫磺 S：M=32.06 6，8-二氯辛酸乙酯 C10H18Cl2O2：M=241.15 CP= （25.9532 ）/58.44=0.888 kJkg-1- 2有关物质的溶解热 对于溶质再溶

3、解过程中不发生解析作用，溶剂与溶2式中，qF熔融热，Jmol1；TF，K 硫磺：硫磺的为 112C=112+273.15=385.15K ；因为硫磺是元素，所 四溴化铵：四溴化铵的为 103-104C ，取103.5C ，因为四溴化铵为有机物，所 分段1ab270.68kg 的纯化水、595.50kg 的水合硫化钠，根据进料温度为 25，以 0为热量衡算的基准温度，取平均温度为 tm=1 12.5下的比热容 CP=1.000 kcalkg1-1=1.0004.1868=4.1868 kJkg-1-1-2 相关物质物性数据物料名称分子量质量比热容/ kJkg-1-含量水所以 2 2 tm=（25

4、+60）/2=42.5，查化工工艺设计手册第四版（上）2-1053CP=0.997 kcalkg-1-1=0.9974.1868=4.174 kJkg-1-1-3 相关物质物性数据物料名称分子量质量比热容/ kJkg-1-含量水3设 q3 为硫磺粉的溶解热，q4 为物料升高温度所需热量。31-4 相关物质物性数据物料名称分子量质量比热容/ kJkg-1-含量4de 段：分别加入 1082.72kg 含量95%的乙醇和 48.72kg 含量99%的四溴化铵，使釜内温度从 60升到 75。q5 为四溴化铵和乙醇带入体系的热量，q6 为釜内物料温度从 25或 60升至 75所需热量，q7 为四溴4t

5、m=（60+75）/2=67.5，查化工工艺设计手册第四版（上）2-1053CP=0.999 kcalkg-1-1=0.9994.1868=4.183 kJkg-1-1-5 相关物质物性数据物料名称分子量质量比热容/ kJkg-1-含量水所以 5ef 段：缓慢滴加 541.36kg 含量为 99%的 6，8-二氯辛酸乙酯，且控制温度在 75左右。釜内加热回流，进行环合反应。q8 为 6，8-二氯辛酸乙酯带入体系的热量，q9 为 6，8-二氯辛酸乙酯从 25升至 75所需热量。51-6 相关物质物性数据物料名称分子量质量比热容/ kJkg-1-含量q9=541.361.385 （75-6至 25

6、所需热量。6由 tm=（75+25）/2=50，查化工工艺设计手册第四版（上）2-1053 CP=0.997 kcalkg-1-1=0.9974.1868=4.174 kJkg-1-1-7 相关物质物性数据物料名称分子量质量比热容/ kJkg-1-含量水（ 7 由 tm=（25+60）/2=42.5，查化工工艺设计手册第四版（上）2-1053 页表 21-6 可得，水在 42.5下的比热容7CP=0.997 kcalkg-1-1=0.9974.1868=4.174 kJkg-1-1-8 相关物质物性数据物料名称分子量质量比热容/ kJkg-1-含量水（ 8 8表1-9 输出物料的各物性数据物料

7、名称分子量质量比热容/ kJkg-1-含量水式中 m（Q1Qab q5q8Q3q2q3所以 Q2=Q4+Q5+Q6-Q1-此过程中带走的热量为 322805.09kJ。表1-10 环合反应釜能量平衡输入时能量/ 输出时能量/ 浓抽真空小于 78.4，大 40左右，取 40。浓缩过程中得到取平均温度tm =（40+0）/2=20乙醇比热容在 20时,CP=2.4 kJkg-1-1乙醇的蒸发潜热qo 水比热容在 20时,CP=0.999 kcalkg1-1=0.9994.1868=4.183 kJkg-1-水的蒸发潜热qo 1-11 输出物料的各物性数据物料名称分子量质量比热容/ kJkg-1-含

8、量水 即 Q3=-G qo =-（953.111082.72 （Q4Q5+Q6-2087788.801966268.46表1-12 环合反应釜能量平衡输出输出时能量/ 输入时能量/ 依非热量衡4Q5 和Q6 相对于其他过程热量为Q 1/94物料名称潜热kcalkg-水 ：T=12.5（上）107621-43可得Cp=0.52kcalkg-1oC1 = 0.524.1868 2.1771kJkg-1oC-查得CpCp0.54kcalkg-1oC1 = 0.544.1868 2.3195kJkg-1oC-T=12.5 查化工工艺设计手册第四版（上）107621-43可得Cp=1.01kcalkg-

9、1oC1=4.2287kJkg-1oC查化工工艺设计手册第四版（上）107621-43可得Cp=1.01kcalkg-1oC1=4.2287kJkg-1oCT=12.5 查化工工艺设计手册第四版（上）107621-43可得Cp=0.45kcalkg-1oC1=1.8841kJkg-1oC查化工工艺设计手册第四版（上）107621-43可得Cp=0.45kcalkg-1oC1=1.8841kJkg-1oCT=42.5（上）107621-43可得Cp=0.47kcalkg-1oC1=1.9678kJkg-1oCT=35（上）107621-43可得Cp=0.59kcalkg-1oC1=2.4702k

10、Jkg-1oC环丙基乙炔锂 C5 H5 Li 4氯2（三氟乙酰基）苯胺=（7.53589.6285 20.393 16.7425.9532 ）223.58=1.0656 kJ kg-1oC乙基锌C4H10Zn 氢氧化锂LiOH: Cp =（9.62816.74+25.953）23.95=1.9414 kJ kg-1oC 中间产物（1）C13H11 ClF3NO Cp =（7.53513 9.62811 20.393 16.74 25.9532 ）289.68=0.8732 kJ kg-1oC氯甲酸甲酯ClCOOCH3 : = （ 25.953 ） 289.68=0.8060 kJ kg-1oC

11、依非 C14H9ClF3NO2Cp =（7.535149.628920.393 16.7422 25.9532 ）315.67=0.8648 kJ kg-1oC碳酸钠 Na2CO3碳酸氢钠 NaHCO3 氯化钠 NaClCp =（25.9532）58.5=0.8873kJkg-1oC2-2 计算物料比热容物料名称比热容/kJkg-1oC-物料名称比热容/kJkg-1oC-中间产物有关物质的标准生成热得到水的生成热 H f =57.79kcal/molfqofLiOH 的生成热 Hf =116.45kcal/molfqo = 487.55 kJ/mol 得到NaCl 的生成热 Hf =98.32

12、kcal/molffqo=411.64f得到NaHCO3的生成热 Hf fq=948.31 f得到Na2CO3Hf fq=1131.69f得到甲醇的生成热 Hf fqo =200.80f2-3 物料名称qo f物料名称qo f水NaHCO NaQnX2-4 XRCH002C13H11ClF3cqo = cQ= 3cqo = cOC2cqo = 48970mcHcqo = c2-5 元素燃烧过程元素燃烧热kgg-元 素 燃 烧 过 程/kgg-元素燃烧热kgg-00qo qo fc式中 qo 标准生成热kJ mol-1 qo 标准燃烧热kJ mol-1 fcqo 元素燃烧热kJg- 得到qo=分

13、子式： C5H5Li 得到qonqo得到qonqo-qo =3179.05-分子式： C8H5ClF3NO 得到qonqo得到qonqo-qo =4991.2-分子式： C2H3ClO2 得到qo=-依非生成热计算nqo 得到qonqo得到qonqo-qo =7934.7-2-6 物料名称qo f物料名称qo f加成反应热量衡算2-1 在ab段：向反应釜加入 689.24kg ，24,12 kg 的A 生物碱，165.42kg 的B2501小时。 bc0，加入混合液（30155.08kg155.08kg 2 小时。ce28，加入混合溶液（30134.40kg环丙基乙炔锂 172.31kg2 小

14、时。gi段：升高温度，浓缩出1347.6kg，浓缩过程用时3小时，釜中浓缩恢ab 向反应釜中加入向反应釜加入689.24kg ，24,12 kg 的A 生物碱，165.42kg = 可得在12.5下的比p容C =0.52kcalkg-1oC= 0.524.1868 2.1771kJkg-1oC-假设B醇类物质的物性和相同；A物质量相对于课忽略不计2-7 物料名称分子量质量比热容/ 含量B得到Q1ab=GCptQ4ab过程中移除热量Q2ab bc 段2 小时。取平均温度t = 300 15 乙基锌比热容为 1.2335 kJ kg-1oC 2-8 物料名称分子量质量比热容/ 含量Q1bc=GCp

15、 t（689.24+165.42）2.1771（00）+155.12.117730 忽略稀释热过程产热得到Q3bc 过程中移除热量Q2ab ce28，加入混合溶液（30134.40kg环丙基乙炔锂和172.31kg度t = 300 15环丙基乙炔锂比热容为 1.5508 kJ kg-1oC2-9 物料名称分子量质量比热容kJkg含量Q1ce =（172.32.1177+134.41.5508 忽略稀释热过程产热得到Q3ce =0过程中移除热量Q2ce =-17199.2kJ eg 段：40，加入混合溶液（30344.6kg 4氯2（平均温度t = 400 204-氯-2-（三氟乙酰基）苯胺比热

16、容为 1.0656 kJ kg-1oC 2-10 物料名称分子量质量比热容/ 含量4 Q3eg =q1- q2忽略稀释热过程产热得到q1 Li物质A，乙基物质2-11 物料名称qo/f物料名称qo/ f中间物水r从而得到反应rqo =-式中反应过程中各物质化学计量系数，反应为正，生成物为ffr所以qo =-（-1828.4-505.83-rr r得到qt =得到q qtn=260.28344.6.001000即得到Q3eg 2-12 物料名称中间物氢氧化锂乙基锌比热容Cp kJkg-1oC 由Q1Q2Q3 Q4 Q5 Q6Q2eg=Q4eg -Q3eg -Q1ce =151554.0-(401

17、308.7)-17199.2=-gi 由的蒸发潜热qo =178.0kcal/kg=745.25kJ/kg浓缩过程中得到取平均温度t = 560 28 p比热容在56于40相差无几, C 2.3195 kcalkg-1oCp2-13 物料名称中间物氢氧化锂乙基锌比热容Cp kJkg-1oCQ1gi=(441.970.873244.221.9414155.1.001.23351347.62.3195）（40 整个过程的热效应Q3gi为蒸发出汽化热得到Q3gi =-G qo =-1347.6745.25=1004298.9kJ 过程中移除热量Q2giQ4giQ3giQ1gi物料带入系统的热量Q1Q

18、1ab Q1bcQ1ce 整个过程热效应Q3Q3eg 出系统带走的热为Q4 Q4gi 在整个过程中设损失热量Q5Q610%（Q4Q5Q6）得到过程中损失热量Q Q = 1Q =105245.9kJ最后Q2Q4Q5Q6 Q3Q12-14 输入时能量/ 输出时能量/ 淬灭过程热量衡算2-2 ab 0左右 1 小时，0为基准。过程中= 25-0 2水的比热Cp =4.2287kJkg-1oC乙酸乙酯的Cp =2.3720kJkg-1oC2-15物料名称中间物氢氧化锂乙基锌水乙酸乙酯比热容Cp kJkg-1oC 得到Q2ab =Q1ab 表2-16 淬灭过程能量平衡表输入时能量/ 输出时能量/ 000

19、00浓缩结晶过程热量衡算2-3 ab 过程平均温度为= 6025 2乙酸乙酯比热容1.9678 kJkg-1oC1中间物比热容由以上得知为 0.8732 kJ kg-1oC乙酸乙酯的蒸发潜热qo 2-17 物料名称中间物乙酸乙酯杂比热容Cp / kJkg-1oC1 浓缩出乙酸乙酯过程吸收热量为q Q3ab q Q4ab 得到Q2ab Q4ab Q3ab Q1ab =250398.4kJ bc 段：过程平均温度为= 6010 2乙酸乙酯比热容351.9678kJkg-1oC1；2-18 物料名称中间物乙酸乙酯杂比热容Cp / kJkg-1oC1 结晶过程忽略结晶热，溶剂蒸发量很少也忽略不计得到Q

20、3bc 物料带入系统的热量Q1Q1ab 整个过程热效应Q3= Q3ab 出系统带走的热为Q4 =Q4bc +q2 在整个过程中设损失热量Q5Q610%（Q4Q5Q6）得到过程中损失热量Q Q = 1Q =4483.5kJ最后Q2 =Q4 +Q5+Q6 Q3Q1=40342.52-19 输入时能量/ 输出时能量/ 干燥过程干燥出。过程平均温度为= 6025 2乙酸乙酯比热容1.9678 kJkg-1oC1中间物比热容由以上得知为 0.8732 kJ kg-1oC乙酸乙酯的蒸发潜热qo 2-20 物料名称中间物乙酸乙酯杂比热容Cp / kJkg-1oC1 浓缩出乙酸乙酯过程吸收热量为q Q3ab

21、q浓缩液体冷却到室温，固体物料恢复室温得到Q4ab q1 q2 q1401.80.87324.021.9678) （250）=8246.6kJq2 =Q4ab 得到Q2ab Q4ab Q3ab Q1ab 2-21 输入时能量/ 输出时能量/ 环合过程热量衡算2-4 ab401.8kg1193.35kg乙 同时打开夹套，升高釜温到 35。cd 段：使釜温恢复到室温。表2-22 环合过程物料表物料名称中间产物乙酸乙酯氯甲酸甲酯水杂比热容 kJkg-1oCab401.8kg1193.35kg乙酸乙酯、 350.89kg碳酸钠，220.99kg氯甲酸甲酯、2009.0kg22.10kg物料杂质加入环合

22、反应釜，同时打开夹套，升高釜温到 35。过程平均温度为= 3525 2乙酸乙酯比热容1.8841 kJkg-1oC1中间物比热容由以上得知为 0.8732 kJ kg-1oC氯甲酸甲酯的比热容为 0.8060 kJ kg-1oC水的比热4.2287 kJ kg-1oC表2-23 反应完成后物性数据物料名称中间产物水杂比热容Cp/ kJkg-1oC1Q1ab =（401.80.87321193.351.8841220.990.8060 2009.04.2287 相对于物料热量，溶解过程热量忽略不计，即Q3ab 得到Q2ab Q4ab Q3ab Q1ab =138088.8kJ bc 段：乙酸乙酯

23、比热容为 1.8841 kJ kg-1oC 1 ；中间物比热容由以上得知为 0.8732 kJ kg-1oC氯甲酸甲酯的比热容为 0.8060 kJ kg-1oC水的比热4.2287 kJ kg-1oC2-24 物料名称中间产物乙酸乙酯氯甲酸甲酯水杂比热容Cp / kJkg-1oC1 过程的热效应为反应Q3bcq1 q1反应热H+ MeOH + NaCl+rfrr得到q qtn=144.15401.81000即得到Q3eg =183475.3 表2-26 反应完全后物料及物性数据物料名称依甲氯化钠水杂比热容Cp/ kJkg-1oC11193.35 1.88411975.104.2287）（35

24、0）=409960.7kJ得到Q2bcQ4bcQ3bcQ1bccdbc段得到Q1cd Q4bc Q4cd =433.20.864832.661.0345 74.122.4702 135.380.8873 得到Q2cd Q4cd Q1cd 整个过程热效应Q3 = Q3bc =183475.3 kJ 出系统带走的热为Q4Q4cd =292829.1 kJ在整个过程中设损失热量Q5Q610%（Q4 Q5Q6得到过程中损失热量Q Q 1Q 最后Q2Q4Q5Q6Q3Q1=139923.5 表 2-27 环合反应过程热量平衡输入时能量/ 输出时能量/ 第二次浓缩结晶过程热量衡算2-5 bc10结晶，得到中

25、间产物（1。ab 由前面可知道依非的比热容为Cp =0.8648 kJ kg-1oC 1 ，过程平均温度为= 6025 2乙酸乙酯比热容1.9678 kJkg-1oC1乙酸乙酯的蒸发潜热qo 2-28 物料名称依非乙酸乙酯杂比热容Cp / kJkg-1oC1 浓缩出乙酸乙酯过程吸收热量为q GqoQ3ab q60，浓缩液体冷却到室温得到Q4abq1q2 ) q2 =717.21.9678 （250）=35282.7kJQ4ab 得到Q2ab Q4ab Q3ab Q1ab bc过程平均温度为= 6010 2乙酸乙酯比热容351.9678kJkg-1oC1；依非的比热容为Cp=0.8648kJkg

26、-1oC1，2-29 物料名称依非乙酸乙酯杂比热容Cp / kJkg-1oC1Q1bc=q1结晶过程忽略结晶热，溶剂蒸发量很少也忽略不计得到Q3bc Q4bc =(433.20.8648717.21.9678) 物料带入系统的热量Q1Q1ab 整个过程热效应Q3= Q3ab 出系统带走的热为Q4 Q4bc q2 =44648.4 在整个过程中设损失热量Q5Q610%（Q4Q5Q6）得到过程中损失热量Q Q = 1Q =8881.2kJ最后Q2Q4Q5Q6Q3Q1表 2-30 第二次浓缩结晶过程热量平衡表输入时能量/ 输出时能量/ 干燥过程干燥出。过程平均温度为= 6025 2乙酸乙酯比热容1.

27、9678 kJkg-1oC1依非比热容由以上得知为 0.8732 kJ kg-1oC 乙酸乙酯的蒸发潜热qo 2-31 物料名称依非乙酸乙酯杂比热容Cp/ kJkg-1oC1Q1ab浓缩出乙酸乙酯过程吸收热量为q Q3ab q浓缩液体冷却到室温，固体物料恢复室温得到Q4ab q1 q2 q1 = 372.20.8648（250）=8047.0kJq2 =Q4ab 得到Q2ab Q4ab Q3ab Q1ab 2-32 输入时能量/ 输出时能量/ 第三次结晶过程热量衡算过程平均温度为= 6010 2乙酸乙酯比热容351.9678kJkg-1oC1；依非的比热容为Cp=0.8648kJkg-1oC1

28、，2-33 物料名称依非乙酸乙酯杂比热容Cp / kJkg-1oC1Q1 =（368.50.8648573.981.9678结晶过程忽略结晶热，溶剂蒸发量很少也忽略不计得到Q3 0 移除热量q=86880.036200.0=47061.3kJQ2 =q2-34 输入时能量/ 输出时能量/ 0干燥过程干燥出。过程平均温度为= 6025 2乙酸乙酯比热容1.9678 kJkg-1oC1依非比热容由以上得知为 0.8732 kJ kg-1oC 乙酸乙酯的蒸发潜热qo 2-35 物料名称依非乙酸乙酯杂比热容Cp/ kJkg-1oC1Q1ab =（326.680.864885.761.9678浓缩出乙酸

29、乙酯过程吸收热量为q Q3ab q浓缩液体冷却到室温，固体物料恢复室温得到Q4ab q1 q2 q1326.680.8648（250）=7967.0kJq2 Q4ab =12185.9k得到Q2abQ4abQ3abQ1ab=12185.9(33069.1) 2-36 输入时能量/ 输出时能量/ 缬沙坦热量衡氢化反应釜热量衡算氢化反应过程 氢化反应过程的温度-3-1ab290.66kg99%N-正戊酰基缬氨酸甲酯、 戊酰基缬氨酸甲酯溶解，溶解升温时间为 1h。图3-1 氢化反应温度与时间的关系图N-正戊酰基缬氨酸甲酯 p= （7.53524 9.62827 16.743 1.47kJkg-1oC

30、N-正戊酰基缬氨酸甲酯： N-正戊酰基缬氨酸甲酯的为 116，N-正戊酰基缬氨酸甲酯为有机物，所以 q F OON ON NH NN3O O有关物质的标准生成热得到氢气的生成热 H f =0kcal/molfqof化合物未能查找到相关数据，其燃烧热可用燃烧需氧量和产水量计算法计算。2-4来计算。N-正戊酰基缬氨基和两个 RCOR ，两个双键得到：q=n q=c=4897058.51050013.5 2（18+24+21=3006621cal/mol=12588.12基，一个 RCOR ，两个双键得到：q=n q=c=4897059.5 1050014.5 2 （24+21 +18=306607

31、3cal/mol=12837.00 nqo 得到qo=-nqo =395.1524143.1529=13635.00 得到qonqo得到qonqo-qo=13635.0-12837.0f氢气的生成热qo=143.15-0=143.15kJ/mol。f3-1f物料名称N-正戊酰基缬氨加成分段热量衡算ab 段：向釜内加入 290.66 kg 含量为 99%N-正戊酰基缬氨酸甲酯、 1162.64kg 含量为99%醋酸异丁酯和 2.91kg5%Pd-C(钯-碳)，根据进料温度为由计算可得 N-正戊酰基缬氨酸甲酯的比热容p=1.43 25综上所述，可归纳出 N-正戊酰基缬氨酸甲酯和醋酸异丁酯的物性数据见下表3-2 相关物质物性数据物料名称分子量质量含量N-正戊酰基缬氨所以Q ab =Cmt 解，溶解升温时间为 1h。设在此过程中散失的热量为 Q bcQbc=q1q式中 q1 N-正戊酰基缬氨酸甲酯的溶q 2 釜内温度从25升到72所吸收的综上所述，可归纳出 N-正戊酰基缬氨酸甲酯和醋酸异丁酯的物性数据见下表3-3 相关物质物性数据物料名称分子量质量N-正戊酰基缬氨 q 2 =（1.921162.64+1.43290.66）（72-25）=124451.89kJ Q bc =q1+q 2 =12015.88 kJ令 Q cd =q 3