热量衡算例子

2.1对于有传热要求的设备，其热量平衡方程式为：Q＋Q＋Q=QQ＋Q1 2 3 4 5 6式中1 23 4 5或冷却设备所消耗的热量kJ；Q—设备向环境散失的热量kJ。6〔1〕Q

〔Q〕=∑mtCpkJ式中 m—输入〔或输1 41 4 1 4〕kg；Cp—kJ/kg·℃；t—物料的温度℃。1.013×105Pa〔1〕〔下〔2〕过程热效应Q3化学过程的热效应包括化学反响热与状态变化热。纯物理过程只产生状态在热量衡算中，过程热效应Q3

的符号为：放热为正；吸热为负。〔3Q与Q确实定依据工艺操作阅历〔Q＋Q〔Q＋Q＋Q5%～10%，5 6 5 6 4 5 6Q〔Q＋QQ4〕Q的计算4 5 6 2 2由以上计算过程得到QQQQQ后，依据热量平衡方程式求出设备1 3 4 5 6的热负荷QQ正值表示需对设备加热负值表示需冷却 4.3热量衡算根底2 2数据的计算和查取〔1〔下。当遇到等，以下介绍他们的计算方法。４.3.１比热容的计算液体的比热容的计算多数有机化合物其比热容可依《药厂反响设备及车间工艺设计》第208页表6—4求得。先依据化合物的分子构造，将各种基团构造的摩尔热容数值加和，求出摩尔热容，再由化合物的分子量换算成比热容。 另外，假设作为近似计算液体的比热容也可依据计算固体比热容的科普定律求取其具体计算过程见固体的比热容计算。(3)固体的比热容的计算Can固体的比热容可应用科普定律来计算

(kJ/kg·℃)M其值见4—2n—固体分子中同种原子的个数M—化合物分子量。表4—1 元素原子的比热容元素Ca液态(kcal/kg·℃)固态元素Ca液态(kcal/kg·℃)固态C2.81.8S7.45.5H4.32.3P7.45.4B4.72.7CL8.06.2Si5.83.8N8.02.6O6.04.0其它元素8.06.2F7.05.020℃20℃时各化合物的比热容将与算出的比热容有出入。凡高于20℃时的化合物，比热容可20～25%。4.3.2状态热一般也称为潜热。它包括汽化热、熔融热、熔解热等，下面分别加以论〔1〕汽化热任何温度、压强下，化合物的汽化热均可按下式计算：q=〔-28.5〕lg{P·T·T/[0.621-T〕]}kJ/kgv R R C RP〔实际压强与临界压强之比值T〔实际温度与R R临界温度之比值；T—临界温度 K。C液体在沸点下的汽化热可按下式计算：q=Tb〔39.8lgTb－0.029Tb/MkJ/kg 式中 Tb—液体的沸点K；vbM—液体的分子量。TF

K。〔3〕溶解热气态溶质的溶解热可取蒸发潜热的负值；固态溶质的溶解热则近似可取其熔融热的值。4.3.3298K热的数值为标准反响热，习惯上用ΔH°表示，负值表示放热，正值表示吸热。这与在热量衡算中所规定的符号正好相反，为避开出错，现用符号q°r

表示标准反响热，放热为正，吸热为负，则q。r

=－ΔH°。〔第一册〕或《化学工艺设计手〔下〕中查到；当缺乏数据时用标准生成热或标准燃烧热求得。〔1〕q。，其公式为rq。=-∑νq。r f

kJ/mol式中ν—反响方程中各物质的化学计量数，反响物为负、生成物为正；q。—标准生成热 kJ/mol。f用标准燃烧热求q。，其公式为rq。=-∑νq。r

kJ/mol式中ν—反响方程中各物质的化学计量数，反响物为正、生成物为负；q。—标准燃烧热 kJ/mol。c标准燃烧热的计算 理查德认为有机化合物的燃烧热与完全燃烧该有机化合物所需的氧原子数成直线关系。即q=a＋xb kJ/molc式中ab—〔P213～217

表6—6和表6—7； X—化合物完全燃烧时所需的氧原子数

与q。的换算，由盖斯定律的其公式为 q。＋q。=∑nq。

kJ/molf c f c ce式中q。—标准生成热 kJ/mol q。—标准燃烧热 kJ/moln—化合物中f同种元素的原子数q。ce

c—元素标准燃烧热kJ/〔g·atom〕其数值见表4—1。表4—2 元素标准燃烧热一览表元素的燃烧过程C CO〔气〕2H 2

元素燃烧热kJ/〔g·atom〕395.15143.15

元素的燃烧过程Br 液〕I I〔固〕

元素燃烧热kJ/〔g·atom〕119.320FHF〔溶液〕316.52N1/2N〔气〕20Cl1/2Cl〔气〕20NHNO〔溶液〕3205.57ClHCl〔溶液〕165.80SSO〔气〕2290.15Br1/2Br〔液〕20SHSO〔溶液〕2 4886.8Br1/2Br〔气〕2－15.37PPO〔固〕25765.8不同温度下的反响热qtr

的计算因反响恒定在t℃温度下进展，而且反响物及生成物在〔25～t〕℃范围内均无相变化，则qtr

的计算公式为qt=q。－〔t-25〔∑νCp〕kJ/molr r式中q。—标准反响热kJ/mol；ν—反响方程中各物质的化学计量数，反响r物为负、生成物为正；Cp—反响物或生成物在〔25～t〕℃范围内的平均比热容kJ/kg·℃；t—反响温度℃。4.44.4.1缩合反响釜： 〔1〕 〔2〕 〔3〕(25℃) (25℃) (25℃)(25℃)〔4〕

缩合反响釜

〔5〕(25℃)(25℃)〔6〕〔1〕片碱：536.65kg①纯品：515.18kg 水：21.47kg〔2〕对硝基氯苯:383.32kg①纯品：377.57kg5.75k〔3〕苯乙腈:306.66kg①纯品：300.53kg②水：6.13kg〔4〕乙醇：2207.92kg①纯品：2097.52kg ②水：110.40kg异噁唑：495.15kg20.05k：1708.36kg氰化钠片碱：419.29kg：2097.52k76.49kg计算过程(1)Q1

的计算： Q=∑mtCp〔以0℃为基准〕1①Cp〔即：0℃～25℃之间的平均比热容〕BCp“Missenard”法估算而得；CCp647物质ABCDE温度对硝基氯苯苯乙腈片碱95%乙醇水25℃0.97831.7291物质ABCDE温度对硝基氯苯苯乙腈片碱95%乙醇水25℃0.97831.72911.30842.67974.1828Q1Q=377.57×0.9783×25=9234.4183KJQ=300.53×1.7291×1-A 1-B25=12991.1606K Q=515.18×1.3084×25=16851.5378K Q=2207.92×1-C 1-D2.6797×25=147914.0806KJQ=(苯乙腈含水量+对硝基氯苯含水量+添加水量)×4.1828×251-E＋Q＋Q＋Q＋Q

Q无视1 1-A

1-B

1-C

1-D

1-E 1〔1〕Q4

的计算：Q=∑mtCp〔以0℃为基准〕4①Cp〔即：0℃～25℃之间的平均比热容〕BCp“Missenard”法估算而得；物质ABCDEF温度25℃异噁唑0.99611.9156苯乙腈1.7291乙醇2.4285氰化钠1.6064水4.1828C乙醇的物质ABCDEF温度25℃异噁唑0.99611.9156苯乙腈1.7291乙醇2.4285氰化钠1.6064水4.1828②各物质的Q4

：Q4-A

4-B

=419.29×=20.05×1.7291×25=866.7114KJQ

=2097.52×4-C2.4285 × 25=127345.6830KJ Q4-E

4-D=117.47 × 1.6064 ×25=4717.5952KJQ=1708.36×4.1828×25=178643.2052KJ所以：Q=Q＋Q＋4-F

4 4-A

4-BQ＋Q

＋Q＋Q

=343983.4658KJ

的计算：①状态变化热：A4-C

4-D

4-E 4- 3片碱的熔解热可查阅《化工工艺设计手册》第734可得：42.6237KJ/k所以：515.18Qs=131.9324×377.57+42.6237×40稀释热：无视不计②化学反响热：

注：各液体的熔解热可无视不BNOCHCN NONO2 22＋ ＋NaOH EtOH Cl ＋ NaCN ＋ 2HO2Cl

x→8CO+3.5HO+0.5N187 2 2 2 2 2X=19.5 依据“理查德法，则有：q =a＋xb〔kJ/mol〕c表4-5 a、b值一览表基团ab基数23.86218.05腈38.94-0.04苯-42.29∑a=20.510.29∑b=218.30所以：q°c1

=20.51+19.50×218.30=4378.60KJ/mol元素燃烧热： =8×395.15+7×143.15=4163.25KJ/moln ce∴q=4163.25-4378.60=-215.35KJ/molf1b氢氧化钠〔查阅《化工工艺设计手册》可得：q

=427.0320KJ/molf2xcC6H4NO2Cl+2O2→6CO2+1.5H2O+0.5N2＋HClX=11.5 ：qc=a＋xb〔kJ/mo基团ab基团ab基数23.86218.05硝基芳香族硝基芳香族388.95-1.68氯-47.730.59∑a=365.08∑b=216.96所以：q°=365.08+11.50×216.96=2860.12KJ/molc3元素燃烧热： ∑q°=6×395.15+4×143.15+165.80=3109.30KJ/moln ce

=3109.30-2860.12=249.18KJ/molf1 n ce c3d〔〕可得：q=87.50KJ/molf4e水〔查阅可得：q=286.0450KJ/mol

HNOCl+xO→f513CO+3.5HO+0.5N＋HC X=28.5

138 222 2 2：q=a＋xb〔kJ/mol〕c基团4-7aa、bb基数23.86218.05氯-47.730.59苯-69.08×21.88呋喃146.54-4.90亚胺49.40-0.08-正烯烃59.45∑a=-25.54-0.04∑b=215.58所以：q°=-25.54+28.5×215.58=6118.49KJ/molc6元素燃烧热：∑q°

=13×395.15+8×143.15+165.80=6447.95KJ/moln ce

=6447.95-6118.49=329.46KJ/molf6 n ce c6Bq=∑vqr f=[-(q＋q＋q)+(q＋q＋q)]f1 f2 f3 f4 f5 f6=[-(-215.35＋427.0320＋249.18)+(87.50＋2×286.0450＋329.46)]=528.1879KJ/mol30℃则：qt=q。－〔t-25〔∑νCp〕kJ/molr raCp〔即：0℃～25℃之间的平均比热容〕Cp而得；Cp“Missenard”法估算而得；724物质异噁唑对硝基氯苯苯乙腈片碱氰化钠水温度物质异噁唑对硝基氯苯苯乙腈片碱氰化钠水温度30℃0.22860.15410.20230.05230.07870.0753b30℃下的化学反响热即：qt=528.1879－5×〔-0.1541-0.2023-0.0523＋0.2286＋0.0787＋0.0753〕r=528.3184kJ/mol495.15∴Qr=528.3184×

229.5=1139.8556KJ由上可知：Q=Qs＋Qr3

=50362.6882＋1139.8556=51502.5438KJ的计算5 6据工艺要求，可以有：Q＋Q=5%～10%〔Q＋Q＋Q〕5 6Q＋Q=7%〔Q＋Q＋Q〕

5 6 45 67∴Q＋Q=

5 6 45 6 93 47〔5〕Q2

= ×343