课程设计硫酸物料及热量衡算
浓硫酸稀释热的热量衡算
浓硫酸稀释的热量衡算1、 物料衡算衡算基准为小时。
以W 表示表示各股物流的质量流量。
流程示意图：查《硫酸工作手册》（刘少武等编著、东南大学出版社）中的相关表格知25℃的98%硫酸的密度是1.83103/cm g ，即18313/m kg 。
其中h kg W /58.5822183118.31=⨯= 稀释器的总质量平衡：321W W W =+ 稀释器硫酸的平衡： 335.0198.0W W = 用kg W 58.58221=代入上面两方程解得：hkg W h kg W /224.163033/644.104802==2、热量衡算固体、液体和气体溶质溶解于溶剂中吸收和放出的热量称为溶解热，手册给出的溶解热数据中，有积分溶解热与微分溶解热。
积分溶解热：以硫酸溶解于水形成硫酸水溶液说明积分溶解热的含义。
在25℃下把1mol 硫酸用水逐渐稀释，在此过程中不断取出所放出的热量，使溶液温度保持在25℃，这个过程所放出的热量称为积分溶解热。
积分溶解热是浓度的函数，也是温度的函数。
微分溶解热：微分溶解热系指1kmol (有时用1kg )溶质溶解于含量为x 的无限多的溶液中（即溶解后溶液的含量仍可视为x ）时所放出的热量，以....../,/,/kg KJ kmol KJ mol KJ 等单位表示。
显然，微分溶解热是浓度的函数，也是温度的函数。
方法一：经验公式法由《硫酸工作手册》知，溶解1mol 硫酸于n mol 水所放出的积分溶解热可用下式计算：1868.4798.117860nnQ式中Q----硫酸的积分溶解热)/(mol J ； n----对于1mol 硫酸所用的水的摩尔数积分溶解热不仅可以用来计算把溶质溶于溶剂中形成某一含量溶液时的热效应，还可以用来计算把溶液自某一含量冲淡（或浓缩）到另一含量的热效应。
在25℃下将浓度为每mol 硫酸含1n mol 水的硫酸加水稀释，仍将继续有热量放出，直至其成为浓度为每mol 硫酸含2n mol 水时，保持硫酸溶液的温度为25℃，此两次热量之差为1868.4)11786011786027983.1217860(12⨯⨯⨯-+⨯=-n n n n Q Q 式中12Q Q ------mol 1硫酸放出的稀释热)/(mol Jn1-----浓度为x1时mol 1硫酸所含有的水的摩尔数 n2-----浓度为x2时mol 1硫酸所含有的水的摩尔数 具体计算如下：98%的浓硫酸对应的1111.098/98.0100018/02.010001=⨯⨯=n35%的稀硫酸对应的1111.1098/35.0100018/65.010002=⨯⨯=n从而得在25℃下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并使硫酸溶液保持25℃时产生的稀释热：KGKJ H /275.1331.118)4045(40601.1188.1782=+-⨯--=KGKJ H /475.736.58)2025(20406.581.1181=+-⨯--=KJ Q Q n Q 102.34431361342.599898.0100058.5822)12(=⨯⨯⨯=-⨯=*1868.4)17983.111786027383.1217860(12⨯+⨯-+⨯=-n n n n Q Q1868.41111.07983.11111.0178601111.107983.11111.1017860⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯-+⨯=4242/1342.59/2393.59134SO molH KJ SO molH J ==进而得在25℃下98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并保持硫酸溶液温度为25℃，每小时产生的稀释热为又查《硫酸工作手册》中表“硫酸和发烟硫酸的热焓量（以0℃为基准）”并采用内插法得25℃时35%硫酸的热焓量为45℃时35%硫酸的热焓量为热焓量之差为KG KJ H H H /8.59475.73275.13312=-=-=∇最后得在25℃下98%硫酸稀释为35%硫酸，并保持硫酸溶液为45℃，每小时产生的稀释热为224.163038.59102.34431363*⨯-=∇⨯-=H W Q Q 7952.974932102.3443136-= KJ 307.2468203=方法二：实验数值查表法由《硫酸工作手册》中表“25℃下硫酸溶解于水中的积分溶解热积Q 和微分溶解热微Q ”知25℃时98%硫酸的积分溶解热421/263.37SO KGH KJ Q =积25℃时35%硫酸的积分溶解热422/70.683SO KGH KJ Q =积从而得在25℃下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并保持硫酸溶液为25℃的的稀释热： 21积积Q Q Q -=KJ525.3688652)263.3770.683(98.058.5822=-⨯⨯=进而得在25℃下把98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并是硫酸溶液为25℃，每小时产生的稀释热为224.163038.59525.36886523*⨯-=∇⨯-=H W Q Q KJ 73.2713719=方法三：修正的经验公式法由于汤姆逊曾提出的1 42SO molH 溶于O molH n 20中时，放出稀释热的经验公式为1868.47983.1178600⨯+⨯=n n Q ，经此经验公式得出的结果与实验值相比存在较大的偏差，最大负偏差为12%，最大正偏差为11.6%；蔡芝林的《硫酸热效应的计算》一文中对该公式做出了修正，修正后的硫酸稀释热的公式为1868.417.2200500⨯+⨯=n n Q ，经此计算公式得出的结果与实验值相比，准确性有明显的提高，最大负偏差减小到6.9%，最大正偏差减小到6.2%， 下面用修正的经验公式计算;98%的浓硫酸对应的1111.098/98.0100018/02.010001=⨯⨯=n35%的稀硫酸对应的1111.1098/35.0100018/65.010002=⨯⨯=n从而得在25℃下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并使硫酸溶液保持在25℃下，产生的稀释热为：1868.4117.2120050217.222005012⨯⎪⎭⎫⎝⎛+⨯-+⨯=-=n n n n Q Q QKJ Q Q n Q 064.37860860242.659898.0100058.5822)12(*=⨯⨯⨯=-⨯=KGKJ H /275.1331.118)4045(40601.1188.1782=+-⨯--=KG KJ H /475.736.58)2025(20406.581.1181=+-⨯--= ()()KJJ 0242.651575.650241868.47532.155301868.45267.9762799.165071868.41111.017.21111.020*******.1017.21111.1020050==⨯=⨯-=⨯+⨯-+⨯=进而得在25℃下把98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，使硫酸溶液保持在25℃下，每小时产生的稀释热为又查《硫酸工作手册》中表“硫酸和发烟硫酸的热焓量（以0℃为基准）”并采用内插法得25℃时35%硫酸的热焓量为45℃时35%硫酸的热焓量为热焓量之差为KG KJ H H H /8.59475.73275.13312=-=-=∇ 最后的25℃的98%硫酸稀释为45℃的35%硫酸每小时产生的稀释热为 224.163038.59064.37860863*⨯-=∇⨯-=H W Q Q 7952.974932064.3786086-= KJ 269.2811153=3、三种方法计算硫酸稀释产生的稀释热的结果比较由以上三种关于积分溶解热的计算方法得出的数值结果知，并以基于实验数据查表法得出的计算结果为基准；用方法一计算得出的结果的偏差为：%05.9%10073.271371973.2713719307.24682031-=⨯-=θ用方法三计算得出的结果的偏差为： %59.3%10073.271371973.2713719269.28111532+=⨯-=θ从而知修正后的关于硫酸积分溶解热的计算式得出的结果的准确性有较大的提高。
年产18万吨硫酸厂的设计_毕业设计
毕业设计年产18万吨硫酸厂的设计摘要：硫酸作为一种基本的无机化工产品，在国民经济的很多部门如化工、轻工、冶金、化肥等领域都有着广泛的用途。
本设计采用了先进的两转两吸钒触媒接触法制硫酸技术，二氧化硫尾气采用了氨水溶液进行吸收并制得有用的副产物。
本设计的年生产能力为12.3万吨硫酸，其主要生产过程包括以下工序：硫铁矿的焙烧、炉气的净化、二氧化硫的转化、三氧化硫的吸收和尾气的处理。
本设计说明书的编制包括：硫酸生产原理与生产工艺流程的论证、物料衡算与热量衡算、主体设备的设计与选型、转化工段的工厂的车间布臵设计以及防腐安全等内容。
关键词：硫酸; 接触法; 两转两吸流程The factory design of producing one hundred and eightythousand tons of sulfuric acid a yearAbstract: As a basic inorganic chemical product, sulfuric acid has extensive applications in many fields of domestic economy such as chemical engineering, light industry, metallurgy and fertilizer etc. In this design, the same advanced twice transition and twice absorption contact sulfuric acid manufacture method has been adopted, and the exhaust gas of SO2 was absorbed by the solution of NH3•H2O and the SO2can be reclaimed. The capacity of our design is 180000t/a. The main production process consists of the combustion of sulfur ore, the oxidation of SO2, the absorption of SO3 and the treatment of exhaust gas. The specification of the design consists: introduction, demonstration of the method of producing vitriol, calculation of materials balance and energy balance, design and selection of main equipments, the layout of oxidation process of the plant, anticorrosion and security etc.Keywords: sulfuric acid; contact method; twice transition and twice absorptionprocess.第一章引言1.1 硫酸工业的发展概况硫酸的制造，始于八世纪。
物料衡算 热量衡算
在吸收塔中，烟气中的SO 2与氨吸收剂接触后,发生如下反应:32243NH H O SO NH HSO ++=3224232()NH H O SO NH SO ++=4232243()2NH SO H O SO NH HSO ++=在吸收过程中所生成的酸式盐NH 4HSO 3对SO 2不具有吸收能力,随着吸收过程的进行,吸收液中的NH 4HSO 3数量增多，吸收液的吸收能力下降，因此需向吸收液中补充氨，使部分NH 4HSO 3转化为（NH 4）2SO 3，以保持吸收液的吸收能力。
433423()NH HSO NH NH SO +=烟气中含有的SO 3、NO,NO 2等酸性气体也会同时被吸收剂吸收：42334242()()NH SO SO NH SO SO +=+423424222()2()NO NH SO NH SO N +=+ 2423424224()4()NO NH SO NH SO N +=+氧化过程 实际上是用压缩空气将吸收液中的亚硫酸盐转变为硫酸盐，主要的氧化反应如下：42324242()2()NH SO O NH SO +=4324422NH HSO O NH HSO +=443424()NH HSO NH NH SO +=物料衡算烟气条件：烟气吸收塔入口烟气条件为：烟气量 5.2×105Nm3/h，二氧化硫浓度1000Nmg/m3 ,含尘量为0.03kg/Nm3.假设湿式除尘器除尘效率为98%0.03×98%=0.0294kg/Nm3.出除尘器烟气含尘量为0.0006kg/Nm3烟气入口温度100℃，常压在标准状态下、单位时间内烟气中二氧化硫质量为组分SO2N2O2CO2SO3NO NO2含量％0.088 80.93 6.3 12.65 0.019 0.012 0.001M3457.6 420836 32760 65780 98.8 62.4 5.2kmol 20.43 18787.32 1462.5 2936.61 4.41 2.79 0.23要求脱硫率为≧96％，所以除去的SO2总量为20.43kmol/h×96％=19.61kmol/h在吸收段1molSO2和1mol氨水生成1mol亚硫酸氢铵,所以亚硫酸氢铵为19.61kmol/h，为了确保脱硫率，应使氨气过量，由此可知反应的物料比例为：SO2~ NH3 ~ H2O ~ (NH4)2SO4~ O22 : 2 : 2 : 1 : 0.5SO2~ 氨水~ O2 ~ 硫酸铵1 :2 : 0.5: 1每小时处理19.61kmol SO2所需氨水为39.22kmol.需氧为9.81kmol.生成硫酸铵为19.61kmol SO3 :氨水:硫酸铵=1:2:14.41×96％=4.23kmol/h每小时处理4.23kmol SO3所需氨水为4.23×2=8.46kmol生成硫酸铵为4.23kmol,NO:氨水：硫酸铵：氮气=1:2:1:0.5 NO， NO2脱除效率为85%NO2:氨水：硫酸铵：氮气=1:4:2:0.52.79×85％=2.37kmol/h0.23×85％=0.20kmol/h每小时处理2.37kmol NO需要氨水为4.74kmol，生成硫酸铵2.37kmol，生成N2为1.19kmol 每小时处理0.20kmol NO2需要氨水为0.80kmol，生成硫酸铵0.40kmol，生成N2为0.10kmol 总氨水用量为39.22+8.46+4.74+0.80=53.22kmol/h总氧用量为9.81kmol/h总生成硫酸铵为19.61+4.23+2.37+0.4=26.61kmol/h总生成氮气为1.29kmol/h净化气中气体含量,烟气出口温度为30℃组分SO2N2O2CO2SO3NO NO2含量％0.0035 81.0232 6.3068 12.6637 0.0008 0.0018 0.0002 M318.37 420864.86 32760 65780.06 4.03 9.41 0.67 kmol0.82 18788.61 1462.5 2936.61 0.18 0.42 0.03工艺水循环吸收剂带水量：53.22kmol/h冲洗水量计算：液气比为3:15.2×105Nm3/h/22.4=2.32×104kmol/h2.32×104kmol/h×3=6.96×104kmol/h反应掉的水量：19.61kmol/h从吸收塔出来的水量：吸收剂带水量+冲洗水量计算=从吸收塔出来的水量+冲洗水量计算53.22kmol/h+6.96×104kmol/h－19.61kmol/h=69633.61kmol/h假设旋流器分级效率为85%水69633.61kmol/h×85%=59188.57kmol/h69633.61kmol/h-59188.57kmol/h=10445.04kmol/h硫酸铵26.61kmol/h×85%=22.62kmol/h26.61kmol/h-22.62kmol/h=3.99kmol/h假设离心机固样损失1%，脱水效率99%进离心机（NH4）2SO4为22.62kmol/hH2O为10445.04kmol/h10445.04kmol/h×1%=104.45kmol/h22.62kmol/h×99%=22.39kmol/h进干燥器（NH4）2SO4为22.39kmol/hH2O为104.45kmol/h干燥器固体中带水量可以脱除99.5%，假设固体损失为0.1%22.39kmol/h×99.9%=22.37kmol/h104.45kmol/h×0.5%=0.52kmol/h热量衡算 换热器Cpm×q ×∆HSO 2: 20.43×(55.38-42.55)×(100-850)=-196587.68Kj/h N 2 18787.32×(33.36-29.20)×(100-850)=-58616438.4Kj/h O 2 1462.5×(35.39-29.84)×(100-850)=-6087656,25Kj/h CO 2 2936.61×(55.63-40.65)×(100-850)=-32992813.35Kj/h SO 3 4.41×(77.29-55.96)×(100-850)=-70548.98Kj/h NO 2.79×(34.66-29.86)×(100-850)=-10044Kj/h NO 2 0.23×(53.22-39.32)×(100-850)=-2397.75Kj/h H 2O 12740×(75.96-75.132)×(100-30)=738410.4Kj/h Q 1=-97238076.01 Kj/h 吸收塔32243NH H O SO NH HSO ++=∆H=-2057.46-(84.47+129.14+79,23)=-2350.3Kj/kmol/h 19.61kmol/h ×(-2350.3)=-46089.38kj/h42334242()()NH SO SO NH SO SO +=+∆H=-3065.25+79.23-(-2369.63+87.72)=-704.11Kj/kmol/h 4.23kmol/h ×704.11=-2978.385kj/h423424222()2()NO NH SO NH SO N +=+∆H=2×(-3065.25)+29.07-2×241.81+2×(-2369.63)=-11324.31Kj/kmol/h 2.37kmol/h ×(-11324.31)=-26838.61kj/h2423424224()4()NO NH SO NH SO N +=+∆H=4×(-3065.25)+29.07-2×241.81-4×(-2369.63)=-3237.03Kj/kmol/h 0.20kmol/h ×（-3237.03）=-647.41kj/h氧化反应4323424222()NH HSO O NH NH SO ++=∆H=2×(-3065.25)-2×(-2057.46)-29.20-2×84.47=-2213.72Kj/kmol/h 9.81×(-2213.72)=-21716.59kj/hQ 2=-46089.38+(-2978.385)+(-26838.61)+(-647.41)+(-21716.59)=-98270.38kj/h。
浓硫酸稀释热的热量衡算电子教案
浓硫酸稀释的热量衡算1、 物料衡算衡算基准为小时。
以W 表示表示各股物流的质量流量。
流程示意图：查《硫酸工作手册》（刘少武等编著、东南大学出版社）中的相关表格知25℃的98%硫酸的密度是1.83103/cm g ，即18313/m kg 。
其中h kg W /58.5822183118.31=⨯= 稀释器的总质量平衡：321W W W =+ 稀释器硫酸的平衡： 335.0198.0W W = 用kg W 58.58221=代入上面两方程解得：hkg W h kg W /224.163033/644.104802==2、热量衡算固体、液体和气体溶质溶解于溶剂中吸收和放出的热量称为溶解热，手册给出的溶解热数据中，有积分溶解热与微分溶解热。
积分溶解热：以硫酸溶解于水形成硫酸水溶液说明积分溶解热的含义。
在25℃下把1mol 硫酸用水逐渐稀释，在此过程中不断取出所放出的热量，使溶液温度保持在25℃，这个过程所放出的热量称为积分溶解热。
积分溶解热是浓度的函数，也是温度的函数。
微分溶解热：微分溶解热系指1kmol (有时用1kg )溶质溶解于含量为x 的无限多的溶液中（即溶解后溶液的含量仍可视为x ）时所放出的热量，以....../,/,/kg KJ kmol KJ mol KJ 等单位表示。
显然，微分溶解热是浓度的函数，也是温度的函数。
方法一：经验公式法由《硫酸工作手册》知，溶解1mol 硫酸于n mol 水所放出的积分溶解热可用下式计算：1868.4798.117860nnQ式中Q----硫酸的积分溶解热)/(mol J ； n----对于1mol 硫酸所用的水的摩尔数积分溶解热不仅可以用来计算把溶质溶于溶剂中形成某一含量溶液时的热效应，还可以用来计算把溶液自某一含量冲淡（或浓缩）到另一含量的热效应。
在25℃下将浓度为每mol 硫酸含1n mol 水的硫酸加水稀释，仍将继续有热量放出，直至其成为浓度为每mol 硫酸含2n mol 水时，保持硫酸溶液的温度为25℃，此两次热量之差为1868.4)11786011786027983.1217860(12⨯⨯⨯-+⨯=-n n n n Q Q 式中12Q Q ------mol 1硫酸放出的稀释热)/(mol Jn1-----浓度为x1时mol 1硫酸所含有的水的摩尔数 n2-----浓度为x2时mol 1硫酸所含有的水的摩尔数 具体计算如下：98%的浓硫酸对应的1111.098/98.0100018/02.010001=⨯⨯=n35%的稀硫酸对应的1111.1098/35.0100018/65.010002=⨯⨯=n从而得在25℃下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并使硫酸溶液保持25℃时产生的稀释热：1868.4)17983.111786027383.1217860(12⨯+⨯-+⨯=-n n n n Q Q1868.41111.07983.11111.0178601111.107983.11111.1017860⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯-+⨯=KGKJ H /275.1331.118)4045(40601.1188.1782=+-⨯--=KGKJ H /475.736.58)2025(20406.581.1181=+-⨯--=KJ Q Q n Q 102.34431361342.599898.0100058.5822)12(=⨯⨯⨯=-⨯=*4242/1342.59/2393.59134SO molH KJ SO molH J ==进而得在25℃下98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并保持硫酸溶液温度为25℃，每小时产生的稀释热为又查《硫酸工作手册》中表“硫酸和发烟硫酸的热焓量（以0℃为基准）”并采用内插法得25℃时35%硫酸的热焓量为45℃时35%硫酸的热焓量为热焓量之差为KG KJ H H H /8.59475.73275.13312=-=-=∇最后得在25℃下98%硫酸稀释为35%硫酸，并保持硫酸溶液为45℃，每小时产生的稀释热为224.163038.59102.34431363*⨯-=∇⨯-=H W Q Q 7952.974932102.3443136-= KJ 307.2468203=方法二：实验数值查表法由《硫酸工作手册》中表“25℃下硫酸溶解于水中的积分溶解热积Q 和微分溶解热微Q ”知25℃时98%硫酸的积分溶解热421/263.37SO KGH KJ Q =积 25℃时35%硫酸的积分溶解热422/70.683SO KGH KJ Q =积从而得在25℃下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并保持硫酸溶液为25℃的的稀释热： 21积积Q Q Q -=KJ525.3688652)263.3770.683(98.058.5822=-⨯⨯=进而得在25℃下把98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并是硫酸溶液为25℃，每小时产生的稀释热为224.163038.59525.36886523*⨯-=∇⨯-=H W Q Q KJ 73.2713719=方法三：修正的经验公式法由于汤姆逊曾提出的1 42SO molH 溶于O molH n 20中时，放出稀释热的经验公式为1868.47983.1178600⨯+⨯=n n Q ，经此经验公式得出的结果与实验值相比存在较大的偏差，最大负偏差为12%，最大正偏差为11.6%；蔡芝林的《硫酸热效应的计算》一文中对该公式做出了修正，修正后的硫酸稀释热的公式为1868.417.2200500⨯+⨯=n n Q ，经此计算公式得出的结果与实验值相比，准确性有明显的提高，最大负偏差减小到6.9%，最大正偏差减小到6.2%， 下面用修正的经验公式计算;98%的浓硫酸对应的1111.098/98.0100018/02.010001=⨯⨯=n35%的稀硫酸对应的1111.1098/35.0100018/65.010002=⨯⨯=n从而得在25℃下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并使硫酸溶液保持在25℃下，产生的稀释热为：1868.4117.2120050217.222005012⨯⎪⎭⎫⎝⎛+⨯-+⨯=-=n n n n Q Q Q()()KJJ 0242.651575.650241868.47532.155301868.45267.9762799.165071868.41111.017.21111.020*******.1017.21111.1020050==⨯=⨯-=⨯+⨯-+⨯=进而得在25℃下把98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，使硫酸溶液保持在25℃下，每小时产生的稀释热为KJ Q Q n Q 064.37860860242.659898.0100058.5822)12(*=⨯⨯⨯=-⨯=KGKJ H /275.1331.118)4045(40601.1188.1782=+-⨯--=KG KJ H /475.736.58)2025(20406.581.1181=+-⨯--=又查《硫酸工作手册》中表“硫酸和发烟硫酸的热焓量（以0℃为基准）”并采用内插法得25℃时35%硫酸的热焓量为45℃时35%硫酸的热焓量为热焓量之差为KG KJ H H H /8.59475.73275.13312=-=-=∇ 最后的25℃的98%硫酸稀释为45℃的35%硫酸每小时产生的稀释热为 224.163038.59064.37860863*⨯-=∇⨯-=H W Q Q 7952.974932064.3786086-= KJ 269.2811153=3、三种方法计算硫酸稀释产生的稀释热的结果比较由以上三种关于积分溶解热的计算方法得出的数值结果知，并以基于实验数据查表法得出的计算结果为基准；用方法一计算得出的结果的偏差为：%05.9%10073.271371973.2713719307.24682031-=⨯-=θ用方法三计算得出的结果的偏差为： %59.3%10073.271371973.2713719269.28111532+=⨯-=θ从而知修正后的关于硫酸积分溶解热的计算式得出的结果的准确性有较大的提高。
3物料衡算和能量衡算
反应物及生成物均为气态。甲醇的转化率为75％，
四、连续过程的物料衡算
解：画出流程示意图，如下图：
CH3OH HCHO
CH3OH 空气
（过量50%)
催化反应器
H2O O2 N2
基准：1mol CH3OH 根据反应式，需氧＝0.5 氧入=0.5×1.5=0.75 氮入＝氮出＝0.75×(79/21)=2.82
混合器H2SO4质量平衡
四、连续过程的物料衡算
【例3-1】
物料衡算
【解】
解得
W1＝138 kg/h; W2＝862 kg/h
可列出物料衡算表：
例3-1物料衡算表
四、连续过程的物料衡算
【例3-2】
物料衡算
连续常压精馏塔进料为含苯（质量分数，下同）38%（wt) 和甲苯62%的混合溶液，要求馏出液中能回收原料中97%的苯， 釜残液中含苯不高于2%，进料流量为20000kg/h，求馏出液和 釜残液的流量和组成，并填写精馏塔物料平衡表。 【解】 以下标B代表苯 ?思路 由已知条件可以获得 xFB，xWB，xDB，F， 然后求得W、D 作全塔总质量衡算得 F= D + W 作全塔苯的质量衡算得 FxFB=DxDB+WxWB
§3-2 物料衡算
对已有的生产设备或装置，利用实际测定的数
据，算出另一些不能直接测定的物料量。用此
计算结果，对生产情况进行分析、作出判断、
提出改进措施。 设计一种新的设备或装置，根据设计任务，先作 物料衡算，求出进出各设备的物料量，然后再作 能量衡算，求出设备或过程的热负荷，从而确定 设备尺寸及整个工艺流程。
四、连续过程的物料衡算
【解】 进料液平均相对分子质量
浓硫酸稀释热的热量衡算
浓硫酸稀释的热量衡算1、 物料衡算衡算基准为小时。
以W 表示表示各股物流的质量流量。
流程示意图：查《硫酸工作手册》（刘少武等编著、东南大学出版社）中的相关表格知25℃的98%硫酸的密度是1.83103/cm g ，即18313/m kg 。
其中h kg W /58.5822183118.31=⨯= 稀释器的总质量平衡：321W W W =+ 稀释器硫酸的平衡： 335.0198.0W W = 用kg W 58.58221=代入上面两方程解得：hkg W h kg W /224.163033/644.104802==2、热量衡算固体、液体和气体溶质溶解于溶剂中吸收和放出的热量称为溶解热，手册给出的溶解热数据中，有积分溶解热与微分溶解热。
积分溶解热：以硫酸溶解于水形成硫酸水溶液说明积分溶解热的含义。
在25℃下把1mol 硫酸用水逐渐稀释，在此过程中不断取出所放出的热量，使溶液温度保持在25℃，这个过程所放出的热量称为积分溶解热。
积分溶解热是浓度的函数，也是温度的函数。
微分溶解热：微分溶解热系指1kmol (有时用1kg )溶质溶解于含量为x 的无限多的溶液中（即溶解后溶液的含量仍可视为x ）时所放出的热量，以....../,/,/kg KJ kmol KJ mol KJ 等单位表示。
显然，微分溶解热是浓度的函数，也是温度的函数。
方法一：经验公式法由《硫酸工作手册》知，溶解1mol 硫酸于n mol 水所放出的积分溶解热可用下式计算：1868.4798.117860nnQ式中Q ----硫酸的积分溶解热)/(mol J ； n ----对于1mol 硫酸所用的水的摩尔数积分溶解热不仅可以用来计算把溶质溶于溶剂中形成某一含量溶液时的热效应，还可以用来计算把溶液自某一含量冲淡（或浓缩）到另一含量的热效应。
在25℃下将浓度为每mol 硫酸含1n mol 水的硫酸加水稀释，仍将继续有热量放出，直至其成为浓度为每mol 硫酸含2n mol 水时，保持硫酸溶液的温度为25℃，此两次热量之差为1868.4)11786011786027983.1217860(12⨯⨯⨯-+⨯=-n n n n Q Q 式中12Q Q ------mol 1硫酸放出的稀释热)/(mol Jn1-----浓度为x1时mol 1硫酸所含有的水的摩尔数 n2-----浓度为x2时mol 1硫酸所含有的水的摩尔数 具体计算如下：98%的浓硫酸对应的1111.098/98.0100018/02.010001=⨯⨯=n35%的稀硫酸对应的1111.1098/35.0100018/65.010002=⨯⨯=n从而得在25℃下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并使硫酸溶液保持25℃时产生的稀释热：1868.4)17983.111786027383.1217860(12⨯+⨯-+⨯=-n n n n Q Q1868.41111.07983.11111.0178601111.107983.11111.1017860⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯-+⨯=KGKJ H /275.1331.118)4045(40601.1188.1782=+-⨯--=KGKJ H /475.736.58)2025(20406.581.1181=+-⨯--=KJ Q Q n Q 102.34431361342.599898.0100058.5822)12(=⨯⨯⨯=-⨯=*4242/1342.59/2393.59134SO molH KJ SO molH J ==进而得在25℃下98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并保持硫酸溶液温度为25℃，每小时产生的稀释热为又查《硫酸工作手册》中表“硫酸和发烟硫酸的热焓量（以0℃为基准）”并采用内插法得25℃时35%硫酸的热焓量为45℃时35%硫酸的热焓量为热焓量之差为KG KJ H H H /8.59475.73275.13312=-=-=∇最后得在25℃下98%硫酸稀释为35%硫酸，并保持硫酸溶液为45℃，每小时产生的稀释热为224.163038.59102.34431363*⨯-=∇⨯-=H W Q Q 7952.974932102.3443136-= KJ 307.2468203=方法二：实验数值查表法由《硫酸工作手册》中表“25℃下硫酸溶解于水中的积分溶解热积Q 和微分溶解热微Q ”知25℃时98%硫酸的积分溶解热421/263.37SO KGH KJ Q =积 25℃时35%硫酸的积分溶解热422/70.683SO KGH KJ Q =积从而得在25℃下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并保持硫酸溶液为25℃的的稀释热： 21积积Q Q Q -=KJ525.3688652)263.3770.683(98.058.5822=-⨯⨯=进而得在25℃下把98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并是硫酸溶液为25℃，每小时产生的稀释热为224.163038.59525.36886523*⨯-=∇⨯-=H W Q Q KJ 73.2713719=方法三：修正的经验公式法由于汤姆逊曾提出的1 42SO molH 溶于O molH n 20中时，放出稀释热的经验公式为1868.47983.1178600⨯+⨯=n n Q ，经此经验公式得出的结果与实验值相比存在较大的偏差，最大负偏差为12%，最大正偏差为11.6%；蔡芝林的《硫酸热效应的计算》一文中对该公式做出了修正，修正后的硫酸稀释热的公式为1868.417.2200500⨯+⨯=n n Q ，经此计算公式得出的结果与实验值相比，准确性有明显的提高，最大负偏差减小到6.9%，最大正偏差减小到6.2%， 下面用修正的经验公式计算;98%的浓硫酸对应的1111.098/98.0100018/02.010001=⨯⨯=n35%的稀硫酸对应的1111.1098/35.0100018/65.010002=⨯⨯=n从而得在25℃下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并使硫酸溶液保持在25℃下，产生的稀释热为：1868.4117.2120050217.222005012⨯⎪⎭⎫⎝⎛+⨯-+⨯=-=n n n n Q Q Q()()KJJ 0242.651575.650241868.47532.155301868.45267.9762799.165071868.41111.017.21111.020*******.1017.21111.1020050==⨯=⨯-=⨯+⨯-+⨯=进而得在25℃下把98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，使硫酸溶液保持在25℃下，每小时产生的稀释热为KJ Q Q n Q 064.37860860242.659898.0100058.5822)12(*=⨯⨯⨯=-⨯=KGKJ H /275.1331.118)4045(40601.1188.1782=+-⨯--=KG KJ H /475.736.58)2025(20406.581.1181=+-⨯--=又查《硫酸工作手册》中表“硫酸和发烟硫酸的热焓量（以0℃为基准）”并采用内插法得25℃时35%硫酸的热焓量为45℃时35%硫酸的热焓量为热焓量之差为KG KJ H H H /8.59475.73275.13312=-=-=∇ 最后的25℃的98%硫酸稀释为45℃的35%硫酸每小时产生的稀释热为 224.163038.59064.37860863*⨯-=∇⨯-=H W Q Q 7952.974932064.3786086-= KJ 269.2811153=3、三种方法计算硫酸稀释产生的稀释热的结果比较由以上三种关于积分溶解热的计算方法得出的数值结果知，并以基于实验数据查表法得出的计算结果为基准；用方法一计算得出的结果的偏差为：%05.9%10073.271371973.2713719307.24682031-=⨯-=θ用方法三计算得出的结果的偏差为： %59.3%10073.271371973.2713719269.28111532+=⨯-=θ从而知修正后的关于硫酸积分溶解热的计算式得出的结果的准确性有较大的提高。
浓硫酸稀释热热量衡算
浓硫酸稀释的热量衡算1、 物料衡算衡算基准为小时。
以W 表示表示各股物流的质量流量。
流程示意图：查《硫酸工作手册》（刘少武等编著、东南大学出版社）中的相关表格知25℃的98%硫酸的密度是1.83103/cm g ，即18313/m kg 。
其中h kg W /58.5822183118.31=⨯= 稀释器的总质量平衡：321W W W =+ 稀释器硫酸的平衡： 335.0198.0W W = 用kg W 58.58221=代入上面两方程解得：hkg W h kg W /224.163033/644.104802==2、热量衡算固体、液体和气体溶质溶解于溶剂中吸收和放出的热量称为溶解热，手册给出的溶解热数据中，有积分溶解热与微分溶解热。
积分溶解热：以硫酸溶解于水形成硫酸水溶液说明积分溶解热的含义。
在25℃下把1mol 硫酸用水逐渐稀释，在此过程中不断取出所放出的热量，使溶液温度保持在25℃，这个过程所放出的热量称为积分溶解热。
积分溶解热是浓度的函数，也是温度的函数。
微分溶解热：微分溶解热系指1kmol (有时用1kg )溶质溶解于含量为x 的无限多的溶液中（即溶解后溶液的含量仍可视为x ）时所放出的热量，以....../,/,/kg KJ kmol KJ mol KJ 等单位表示。
显然，微分溶解热是浓度的函数，也是温度的函数。
方法一：经验公式法由《硫酸工作手册》知，溶解1mol 硫酸于n mol 水所放出的积分溶解热可用下式计算：1868.4798.117860nnQ式中Q----硫酸的积分溶解热)/(mol J ； n----对于1mol 硫酸所用的水的摩尔数积分溶解热不仅可以用来计算把溶质溶于溶剂中形成某一含量溶液时的热效应，还可以用来计算把溶液自某一含量冲淡（或浓缩）到另一含量的热效应。
在25℃下将浓度为每mol 硫酸含1n mol 水的硫酸加水稀释，仍将继续有热量放出，直至其成为浓度为每mol 硫酸含2n mol 水时，保持硫酸溶液的温度为25℃，此两次热量之差为1868.4)11786011786027983.1217860(12⨯⨯⨯-+⨯=-n n n n Q Q 式中12Q Q ------mol 1硫酸放出的稀释热)/(mol Jn1-----浓度为x1时mol 1硫酸所含有的水的摩尔数 n2-----浓度为x2时mol 1硫酸所含有的水的摩尔数 具体计算如下：98%的浓硫酸对应的1111.098/98.0100018/02.010001=⨯⨯=n35%的稀硫酸对应的1111.1098/35.0100018/65.010002=⨯⨯=n从而得在25℃下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并使硫酸溶液保持25℃时产生的稀释热：1868.4)17983.111786027383.1217860(12⨯+⨯-+⨯=-n n n n Q Q1868.41111.07983.11111.0178601111.107983.11111.1017860⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯-+⨯=KGKJ H /275.1331.118)4045(40601.1188.1782=+-⨯--=KGKJ H /475.736.58)2025(20406.581.1181=+-⨯--=KJ Q Q n Q 102.34431361342.599898.0100058.5822)12(=⨯⨯⨯=-⨯=*4242/1342.59/2393.59134SO molH KJ SO molH J ==进而得在25℃下98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并保持硫酸溶液温度为25℃，每小时产生的稀释热为又查《硫酸工作手册》中表“硫酸和发烟硫酸的热焓量（以0℃为基准）”并采用内插法得25℃时35%硫酸的热焓量为45℃时35%硫酸的热焓量为热焓量之差为KG KJ H H H /8.59475.73275.13312=-=-=∇最后得在25℃下98%硫酸稀释为35%硫酸，并保持硫酸溶液为45℃，每小时产生的稀释热为224.163038.59102.34431363*⨯-=∇⨯-=H W Q Q 7952.974932102.3443136-= KJ 307.2468203=方法二：实验数值查表法由《硫酸工作手册》中表“25℃下硫酸溶解于水中的积分溶解热积Q 和微分溶解热微Q ”知 25℃时98%硫酸的积分溶解热421/263.37SO KGH KJ Q =积 25℃时35%硫酸的积分溶解热422/70.683SO KGH KJ Q =积从而得在25℃下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并保持硫酸溶液为25℃的的稀释热： 21积积Q Q Q -=KJ525.3688652)263.3770.683(98.058.5822=-⨯⨯=进而得在25℃下把98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并是硫酸溶液为25℃，每小时产生的稀释热为224.163038.59525.36886523*⨯-=∇⨯-=H W Q Q KJ 73.2713719=方法三：修正的经验公式法由于汤姆逊曾提出的1 42SO molH 溶于O molH n 20中时，放出稀释热的经验公式为1868.47983.1178600⨯+⨯=n n Q ，经此经验公式得出的结果与实验值相比存在较大的偏差，最大负偏差为12%，最大正偏差为11.6%；蔡芝林的《硫酸热效应的计算》一文中对该公式做出了修正，修正后的硫酸稀释热的公式为1868.417.2200500⨯+⨯=n n Q ，经此计算公式得出的结果与实验值相比，准确性有明显的提高，最大负偏差减小到6.9%，最大正偏差减小到6.2%， 下面用修正的经验公式计算;98%的浓硫酸对应的1111.098/98.0100018/02.010001=⨯⨯=n35%的稀硫酸对应的1111.1098/35.0100018/65.010002=⨯⨯=n从而得在25℃下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并使硫酸溶液保持在25℃下，产生的稀释热为：1868.4117.2120050217.222005012⨯⎪⎭⎫⎝⎛+⨯-+⨯=-=n n n n Q Q Q()()KJJ 0242.651575.650241868.47532.155301868.45267.9762799.165071868.41111.017.21111.020*******.1017.21111.1020050==⨯=⨯-=⨯+⨯-+⨯=进而得在25℃下把98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，使硫酸溶液保持在25℃下，每小时产生的稀释热为KJ Q Q n Q 064.37860860242.659898.0100058.5822)12(*=⨯⨯⨯=-⨯=KGKJ H /275.1331.118)4045(40601.1188.1782=+-⨯--=KG KJ H /475.736.58)2025(20406.581.1181=+-⨯--=又查《硫酸工作手册》中表“硫酸和发烟硫酸的热焓量（以0℃为基准）”并采用内插法得25℃时35%硫酸的热焓量为45℃时35%硫酸的热焓量为热焓量之差为KG KJ H H H /8.59475.73275.13312=-=-=∇ 最后的25℃的98%硫酸稀释为45℃的35%硫酸每小时产生的稀释热为 224.163038.59064.37860863*⨯-=∇⨯-=H W Q Q 7952.974932064.3786086-= KJ 269.2811153=3、三种方法计算硫酸稀释产生的稀释热的结果比较由以上三种关于积分溶解热的计算方法得出的数值结果知，并以基于实验数据查表法得出的计算结果为基准；用方法一计算得出的结果的偏差为：%05.9%10073.271371973.2713719307.24682031-=⨯-=θ用方法三计算得出的结果的偏差为： %59.3%10073.271371973.2713719269.28111532+=⨯-=θ从而知修正后的关于硫酸积分溶解热的计算式得出的结果的准确性有较大的提高。
物料、热量及设备的计算 ---合成硫酸
3物料、热量及设备的计算3.1 设计计算条件连续生产时间为335天，年产80万t/a 硫酸。
冶炼烟气的主要成分：SO 2：9.0%，O 2：8.0%，N 2：83.0%。
工序采用一转一吸，转化率99%，吸收率99.95%。
3.2 干吸工序工艺计算进入吸收塔成为H 2SO 4的SO 3量=1026.10⨯99%⨯99.95%=1015.33kmol/h 硫酸产量=1015.33⨯（98/1000）=99.502（t/h ）（100%H 2SO 4）[或8⨯105t/a (100%H 2SO 4)]干燥塔处理的气体量：V d =yb Q ⨯⨯⨯⨯9810004.22 （m 3/h ）式中：Q ——H 2SO 4的产量（100%H 2SO 4计） b ——气体中SO 2的浓度 （%） y ——硫的利用率 （%）由Q=33524800000⨯=99.502（t/h ），b=9.0%，y=99%X99.95%,得Vd=9995.099.009.09810004.22502.99⨯⨯⨯⨯⨯=255383.7（m 3/h ）气体含水量：B=18/22.4Vd PwPi P Pw⨯--⨯（kg/t 100%H 2SO 4）式中：Pw ——在一定温度下饱和水蒸汽压（Pa ）； Pi ——干燥塔入口的操作压力（Pa ） P ——大气压力（Pa ）Vd ——处理的干燥气体量（m 3/h ）∴66.172597.25538373.79573.74.2218=⨯-⨯=B （kg/t 100%H 2SO 4）表3-1电除雾出口气体成分项目 Kmol/h Kg/h m 3/h % SO 2 1026.10 65670.4 22984.53 9.0 O 2 912.08 29186.56 2043.70 8.0 N 2 9462.88 264960.64 211968.47 83.0 ∑ 11401.06 359817.60 255383.70 100.0 H 2O958.8717259.6621478.69——表3-2 转化进口气体成份项目 Kmol/h Kg/h m 3/h % SO 2 1026.10 65670.40 22984.53 7.9 O 2 1091.04 69826.75 24439.25 8.4 N 2 10871.47 695773.73 243519.64 83.7 ∑12988.61831270.89290943.42100.0H 2O1.616 2909 36.20 ——3.3 干燥塔及其循环槽的物料衡算 3.3.1 干燥塔入口炉气成分1 净化工序补加空气量：干燥塔入口补加空气量=290943.42-255383.70=35559.72（m 3/h ）2 干燥塔入口炉气含水量：设补加空气全部在电除雾之后加入，空气温度20℃，相对湿度50%。
物料衡算及热量衡算
物料衡算及热量衡算第⼆章硫酸⼲吸系统设计的计算2.1 ⼲燥塔物料计算[16]2.1.1 ⼲燥塔⼊⼝炉⽓成分表2.1 转化⽓进⼝⽓体成分表2.2 电除雾器出⼝⽓体成分2419.052.1.2 ⼲燥塔⼊⼝炉⽓含⽔量设补加空⽓全部在电除雾器之后加⼊，空⽓温度20摄⽒度、相对湿度75%，由湿含图查得⽔含量为103⼲空⽓，则补加空⽓带⽔量为：g/m2419.05×0.01=24.19kg/h=1.34kmol/h=30.8m3/h2.1.3 ⼲燥塔⼊⼝⽓体带⽔设出塔⽓体中含⽔量为30.1g/m，则⼲燥后⽓体带⽔量为：(0.1÷1000)×19372.98=1.94kg/h2.1.4 循环酸量决定循环酸量的⽅法⼀般有两种，⼀种是根据进出⼝酸浓度差决定，酸浓度差⼀般选在0.2%~0.4%范围内，第⼆个是根据塔的喷淋密度来决定，喷淋密度⼀般选在14~20m3/(m2·h)的范围内。
在这⾥采⽤浓度差计算循环酸量。
H SO⽐重 1.7993⼊塔酸：浓度93.00%24m/h温度50O C 酸量x3出塔酸：浓度92.7%⼲燥塔吸收⽔量=(1115.81＋24.19)－1.94=1138.06kg/h由物料平衡得：X×1.7993×1000×93%=(X×1.7993×1000＋1146)×92.7%X=195.44m3/h所以采⽤扬量为200m3/h酸泵,型号为IHIHF125-100-250酸泵。
2.2 ⼲燥塔热量衡算2.2.1 炉⽓带⼊热量Q1t=40O C时SO2带⼊热量：q1=76.98×40×41.57=127997.80KJ/hO2带⼊热量：q2=69.28×40×29.37=81389.60KJ/hN 2带⼊热量： q 3=709.05×40×28.45=806894.52KJ/hH 2O 带⼊热量： q 4=（1.34+61.94）×40×32.716=82810.74KJ/h式中41.57，29.37，28.45，32.716分别为0~40O C 时SO 2、O 2、N 2、H 2O 的摩尔热熔KJ/(mol·K) 。
Aspen物料衡算与能量衡算
2.1 衡算方法
基本概念 物料平衡的理论依据是质量守恒定律，即在一个孤立体系中 不论物质发生任何变化(不包括核反应)它的质量始终保持不变。
在化工过程中，能量衡算是根据能量守恒定律，利用能量传
递和转化的规则，以确定能量比例和能量转变定量关系的过程。
能量衡算的理论依据是热力学第一定律，即体系的能量总变化
南 京 工 业 大 学 包 宗 宏
6/40
2.1.4 用软件进行物料衡算与能量衡算的要点 (1) 选择合适的因次模板。因次模板是ASPEN PLUS软件为 不同工艺过程编制的因次集，分为普通模拟过程与石油加工过 程两大类，每大类又含有若干套，每套都包含英制与公制两种 因次集，如表2-1。
南 京 工 业 大 学 包 宗 宏
含虚拟组分 真空
BK10, IDEAL
P<1MPa
SR-POLAR,
PRWS, RKSWS 及其衍生方程
南
京
工 业
模拟
大 学
体系
包 宗 宏
不含电解质 含极性物质
含电解质
P>1MPa
有二元交互 作用参数
无二元交互 作用参数
不含极性物质
ELECNRTL, PITZER 及其衍生方程
PSRK, PR, RKS 及其衍生方程
连续流动系统的总能量衡算式是柏努利方程式，即：
南
京
工
业
大 学
在进行设备的能量衡算时，位能变化、动能变化、外功等项
包 相对较小，可忽略不计，因此稳流系统总能量衡算可简化为热
宗 宏
量衡算。
3/40
2.1.3 衡算的基本步骤
(1)收集数据资料。一般需要收集的数据和资料包括生产规模 和生产时间(即年生产时数)、有关的定额、收率、转化率、原 料、辅助材料、产品、中间产品的规格、与过程计算有关的物 理化学常数等。
化工设计第三章 物料衡算和能量衡算
物料衡算
①物料平衡方程
C2H4 － F1x11 F2 x21 2r1 r2 0 O2 －－ F1x12 F2 x22 r1 3r2 0 N2－－ F1x13 F2 x23 0 C2H4O F2 x24 2r1 0 CO2 － F2 x25 2r2 0 H2O－ F2 x26 2r2 0
������ （5）Handbook of Technology
������ （6）I.C.T （国际物理、化学和工艺数值手册）
������ （7）化工工艺设计手册
������ （8）材料与零部件手册
§3-2 物料衡算
对已有的生产设备或装置，利用实际测定的数 据，算出另一些不能直接测定的物料量。用此 计算结果，对生产情况进行分析、作出判断、 提出改进措施。
⑵ 计算简图，如图3-1所示
1
F1
x11，x12，x13
r1 r2
催化反应器
γφ
F2 x21 x22 x23 x24 x25 x26
⑶ 方程与约束式 ①物料平衡方程 根据
Ns
Nr
Fixij jmrm 0( j 1,2,..., Nc )
i1
m1
2
四、连续过程的物料衡算
由题意取 F1, x11, 1 , ,
为一组设计变量，其值分别为：
F1=1000 mol/h
x11 0.1
1 0.25 0.8
0.21 / 0.79 0.2658
四、连续过程的物料衡算
【解】 ⑸ 求解方程组
物料衡算
方程式（1）与式（3）中只含两个未知数 x11 , x13 可首先
浓硫酸稀释热热量衡算
浓硫酸稀释得热量衡算1、物料衡算衡算基准为小时。
以W表示表示各股物流得质量流量。
流程示意图:查《硫酸工作手册》(刘少武等编著、东南大学出版社)中得相关表格知25℃得98%硫酸得密度就是1、8310,即1831。
其中稀释器得总质量平衡:稀释器硫酸得平衡:用代入上面两方程解得:2、热量衡算固体、液体与气体溶质溶解于溶剂中吸收与放出得热量称为溶解热,手册给出得溶解热数据中,有积分溶解热与微分溶解热。
积分溶解热:以硫酸溶解于水形成硫酸水溶液说明积分溶解热得含义。
在25℃下把1硫酸用水逐渐稀释,在此过程中不断取出所放出得热量,使溶液温度保持在25℃,这个过程所放出得热量称为积分溶解热。
积分溶解热就是浓度得函数,也就是温度得函数。
微分溶解热:微分溶解热系指1(有时用1)溶质溶解于含量为x得无限多得溶液中(即溶解后溶液得含量仍可视为x)时所放出得热量,以等单位表示。
显然,微分溶解热就是浓度得函数,也就是温度得函数。
方法一:经验公式法KJQ Q n Q 102.34431361342.599898.0100058.5822)12(=⨯⨯⨯=-⨯=*由《硫酸工作手册》知,溶解1硫酸于n 水所放出得积分溶解热可用下式计算:式中Q 硫酸得积分溶解热;n 对于1硫酸所用得水得摩尔数积分溶解热不仅可以用来计算把溶质溶于溶剂中形成某一含量溶液时得热效应,还可以用来计算把溶液自某一含量冲淡(或浓缩)到另一含量得热效应。
在25℃下将浓度为每硫酸含水得硫酸加水稀释,仍将继续有热量放出,直至其成为浓度为每硫酸含 水时,保持硫酸溶液得温度为25℃,此两次热量之差为式中硫酸放出得稀释热n1浓度为x1时硫酸所含有得水得摩尔数 n2浓度为x2时硫酸所含有得水得摩尔数 具体计算如下: 98%得浓硫酸对应得 35%得稀硫酸对应得从而得在25℃下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸,并使硫酸溶液保持25℃时产生得稀释热:进而得在25℃下98%得浓硫酸稀释为35%稀硫酸,并保持硫酸溶液温度为25℃,每小时产生得稀释热为又查《硫酸工作手册》中表“硫酸与发烟硫酸得热焓量(以0℃为基准)”并采用内插法得25℃时35%硫酸得热焓量为 45℃时35%硫酸得热焓量为热焓量之差为最后得在25℃下98%硫酸稀释为35%硫酸,并保持硫酸溶液为45℃,每小时产生得稀释热为方法二:实验数值查表法由《硫酸工作手册》中表“25℃下硫酸溶解于水中得积分溶解热与微分溶解热”知25℃时98%硫酸得积分溶解热25℃时35%硫酸得积分溶解热从而得在25℃下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸,并保持硫酸溶液为25℃得得稀释热:进而得在25℃下把98%得浓硫酸稀释为35%稀硫酸,并就是硫酸溶液为25℃,每小时产生得稀释热为方法三:修正得经验公式法由于汤姆逊曾提出得1 溶于中时,放出稀释热得经验公式为,经此经验公式得出得结果与实验值相比存在较大得偏差,最大负偏差为12%,最大正偏差为11、6%;蔡芝林得《硫酸热效应得计算》一文中对该公式做出了修正,修正后得硫酸稀释热得公式为,经此计算公式得出得结果与实验值相比,准确性有明显得提高,最大负偏差减小到6、9%,最大正偏差减小到6、2%,下面用修正得经验公式计算;98%得浓硫酸对应得35%得稀硫酸对应得从而得在25℃下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸,并使硫酸溶液保持在25℃下,产生得稀释热为:进而得在25℃下把98%得浓硫酸稀释为35%稀硫酸,使硫酸溶液保持在25℃下,每小时KJQ Q n Q 064.37860860242.659898.0100058.5822)12(*=⨯⨯⨯=-⨯=产生得稀释热为又查《硫酸工作手册》中表“硫酸与发烟硫酸得热焓量(以0℃为基准)”并采用内插法得25℃时35%硫酸得热焓量为 45℃时35%硫酸得热焓量为热焓量之差为最后得25℃得98%硫酸稀释为45℃得35%硫酸每小时产生得稀释热为3、三种方法计算硫酸稀释产生得稀释热得结果比较由以上三种关于积分溶解热得计算方法得出得数值结果知,并以基于实验数据查表法得出得计算结果为基准;用方法一计算得出得结果得偏差为:用方法三计算得出得结果得偏差为:从而知修正后得关于硫酸积分溶解热得计算式得出得结果得准确性有较大得提高。
热量平衡计算课程设计
热量平衡计算一、综述热量衡算（heat balance）当物料经物理或化学变化时，如果其动能、位能或对外界所作之功，对于总能量的变化影响甚小可以忽略时，能量守恒定律可以简化为热量衡算。
它是建立过程数学模型的一个重要手段，是化工计算的重要组成部分。
进行热量衡算，可以确定为达到一定的物理或化学变化须向设备传入或从设备传出的热量；根据热量衡算可确定加热剂或冷却剂的用量以及设备的换热面积，或可建立起进入和离开设备的物料的热状态（包括温度、压力、组成和相态）之间的关系，对于复杂过程，热量衡算往往须与物料衡算联立求解。
物质具有的热能,是对照某一基准状态来计量的,相当于物质从基准状态加热到所处状态需要的热量。
当物质发生相态变化时,须计入相变时的潜热,如汽化热（或冷凝热）、熔融热(或凝固热)等。
不同液体混合时，须计入由于浓度变化而产生的混合热(或溶解热)。
工程上常用热力学参数焓表示单位质量物质所具有的热量。
单位质量物料状态变化所需的热量，等于两种状态下焓值的差。
热量衡算的步骤，与物料衡算大致相同。
一、热量衡算的意义（1 ）、通过热量衡算，计算生产过程能耗定额指标。
应用蒸汽的热量消耗指标，可以对工艺设计的多种方式进行比较，以选定先进的生产工艺，或对已投产的生产系统提出改造或革新，分析生产过程的经济合理性、过程的先进性，并找出生产上存在的问题。
（2 ）、热量衡算的数据是设备类型的选择及确定其尺寸、台数的依据。
（3 ）、热量衡算是组织和管理、生产、经济核算和最优化的基础。
热量衡算的结果有助于工艺流程和设备的改进，达到节约能降低生产成本的目的。
二、热量衡算的方法和步骤热量衡算可以作全过程的或单元设备的热量衡算。
现以单元设备的热量衡算为例加以说明，具体的方法和步骤如下：1.画出单元设备的物理衡算流向及变化的示意图2.分析物料流向及变化，写出热量衡算式：∑Q入=∑Q出+∑Q损（1--1）式中∑Q入————输入的热量总和（KJ)∑Q出————输出的热量总和（KJ)∑Q损————损失的热量总和（KJ)通常，∑Q入=Q1+Q2+Q3 （1--2）∑Q出=Q4+Q5+Q6+Q7 （1--3）∑Q损=Q8 （1--4）Q1————物料带入的热量,kJ；Q2————由加热剂或冷却剂传给设备和物料的热量，kJ；Q3————括生物反应热、搅拌热等，kJ；Q4————物料离开设备带出的热量，kJ；Q5————消耗在加热设备各个部件上的热量，kJ；Q6————加热物料需要的热量，kJ。
硫酸工艺计算
硫酸工艺计算本计算基于本公司目前烟气量及烟气成分含量，对硫酸系统物料、热量进行衡算，并确定主要设备的基本尺寸，填料、触媒装填高度，所需换热设备换热面积，转化保温层厚度等。
一、 电收尘转炉烟气进入#3电收尘器的含尘量约为310/g Nm ，烟气量约为330000m /N h ，艾萨炉烟气进入#3电收尘器的含尘量最大可达320/g Nm ，烟气量约为337000m /N h 。
净化动力波入口混合烟气要求含尘量30.4/g Nm <，根据转炉、艾萨炉烟气各自的特点，保险起见，#3电收尘器设计除尘效率取98%，有效驱进速度7.3cm /s ,#4电收尘器设计除尘效率取99%，有效驱进速度8.5cm /s ，进入#3、#4电收尘器的烟气温度约为0350C ,设计#3电收尘器的入口压力为1400Pa -，#4电收尘器的入口压力为900Pa -。
进入#3、#4电收尘器的实际烟气流量为：33273+t 101.35273+350101.35=30000/69420/273101.35273101.35 1.4Q Q m h m h H ⨯⨯=⨯⨯=+-转实转标33273+t 101.35273+350101.35=37000/85192/273101.35273101.350.9Q Q m h m h H ⨯⨯=⨯⨯=+-艾标艾实 则所需集尘板总面积分别为：223#3#3#116942011ln ln 1033136000.07310.98c p A Q m m w η==⨯⨯=--转实224#4#4#118519211ln ln 1282136000.08510.99c p A Q m m w η==⨯⨯=--艾实取#3电收尘內气体流速为1.2/m s ,#4电收尘內气体流速为1.55/m s ,可得：3#3#-u ln(1) 1.2ln(10.98) 4.7η-=-⨯-= 4#4#-u ln(1) 1.55ln(10.99)7.1η-=-⨯-=查《硫酸工艺设计手册.工艺计算篇》第103页 表4—2—34得；3#n 3= 4#n 4=。
化工原理课程设计教学大纲
《化工原理课程设计》教学大纲课程编号：课程性质：技术基础课/必修课程名称：化工原理课程设计学时/ 学分：30/1英文名称：Design of Unit Operations 考核方式：报告，加测验选用教材：《常用化工单元设备的设计》、陈英南、刘玉兰主编、华东理工大学出版社大纲执笔人：齐鸣斋先修课程：《化工原理》大纲审核人：齐鸣斋适用专业：化学工程与化工工艺类专业及相近专业一、教学基本目标化工原理课程设计是化工原理教学的一个重要环节，是综合应用本门课程和有关先修课程所学知识，完成以某一单元操作为主的一次设计实践。
通过课程设计，应培养学生的独立工作能力，培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃认真的工作作风。
二、教学基本内容1．设计方案的选定对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述；2．工艺设计选定工艺参数，物料衡算，热量衡算，单元操作的工艺计算并绘制相应的工艺流程图，标出物流量及主要测量点；3．设备设计设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算，并绘制设备的工艺条件图。
图面应包括设备的主要工艺尺寸、技术特性和接管表；4．辅助设备选型典型辅助设备主要工艺尺寸的计算，设备规格、型号的选定；5．设计说明书的编写设计说明书的内容应包括：设计任务书；目录；设计方案简介；工艺计算及主要设备设计；工艺流程图和主要设备的工艺条件图；辅助设备的计算和选型；设计结果汇总；设计评述；参考文献。
设计项目及主要内容：(换热器的选型设计6学时在课程中进行，为每位学生必做，安排在第一学期传热章后，集中1周选一个单元操作进行设计30学时。
设计报告与图纸要求规范化。
) 1．列管式换热器的选型设计(6学时)设计方案的选定冷却介质及出口温度的确定；冷、热流体通道的选择；流向的选择。
工艺计算物料及热量衡算；管程、壳程给热系数及总传热系数的计算；管程、壳程阻力的计算；对数平均温差的修正。
设备计算列管式换热器的选型及校核。
2．反应釜的设计(30学时)设计方案的选定物料的加热(冷却)方式的选定；传热面及搅拌桨型式的选定。
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本设计生产能力10万吨／年，按年开车7200h计算，可知硫酸车间每小时硫酸的生产量为：=本次设计采用以每小时的生产产量为基准进行计算。
物料衡算以每小时硫酸的生产量为基准。
热量衡算以0℃作为计算的温度基准。
炉气成分SO2：10.40% ； O2：7.30%； N2：82.30%。
炉气水分含量0.183mol干炉气进酸浓度干燥塔进酸浓度93%；出酸浓度≥92.5%。
吸收塔进酸浓度98%；出酸浓度98.3%。
转化率及吸收率一次转化率92%；二次转化率99%；吸收率99%。
干燥塔及循环槽的物料衡算(1)进干燥塔气体成分SO2:O2:N2:H2O:进干燥塔气体成分如表3.1所示。
表3.1 进干燥塔炉气成分项目kmol/h kg/h m3/h %SO2 144.40 9241.66 3242.67 10.40O2 101.36 3243.522268.207.30N2 1142.70 31995.60 25596.48 82.30 ∑1388.46 44480.72 31107.34 100.00H 2O 254.09 4573.62 6212.35(2)干燥塔出口气体含水量设出干燥塔气体中含水量为0.1g/cm 3，则干燥塔出口气体含水量为：(3)吸收塔循环酸与干燥塔循环酸对串酸量设：93%硫酸—98%硫酸串酸量x(kg/h)；98%硫酸—93%硫酸串酸量为y(kg/h)。
由O H 2平衡得：4573.62+20% =24.08% (3-1) 由3SO 平衡得：80%y=75.92% (3-2) x(3-3) 将式(3-3)代入式(3-1)：4573.62+20%y=24.08% y=85006.47kg/h x=89596.81kg/h(4)循环酸量由于塔直径未确定，故而按酸浓度差计算循环酸量。
入塔酸浓度：93% H 2SO 4，比重：1.7974g/cm 3，温度：50C ，酸量：X m 3/h ，出塔酸浓度：92.5%干燥塔吸水量=4573.62-3.11= 4570.51 kg/h 由物料平衡得X 解得X=470.21m 3/h 采用481m 3/h 的酸泵，分两个240.5的泵并联使用。
表3.2 干燥塔循环酸槽物料衡算表进物料 (kg/h) 出物料 (kg/h) 从干燥塔冷却器来92.5%H 2SO 4 846594 上塔循环93%H2SO4 851170 98%硫酸—93%硫酸串酸量 85006.47 93%硫酸—98%硫酸串酸量 89596.81∑ 931600∑ 940767干燥塔及其循环槽的热量衡算 (1)干燥塔的热量衡算 ①炉气带入热量Q 1SO 2带入热量：q 1= kJ/h Q=n*t 差*Cp O 2带入热量：q 2= kJ/h N 2带入热量：q 3= kJ/h H 2O 带入热量：q 4= kJ/h Q 1= q 1+ q 2+ q 3+ q 4= 2129230.31 kJ/h②水的冷凝热Q 2 42℃时水的冷凝热为2406 kJ/kgQ2③入塔酸带入热Q 3 50℃93% H 2SO 4的热焓为I 1=78.7 kJ/kgQ3= kJ/h ④93%酸稀释热Q 41868.47983.117860'⨯+⨯=n n Q式中：'Q —稀释热，kJ/kmol H 2SO 4； n —对于1molH 2 O 所用水的摩尔水。
对于浓度为C 1的硫酸，当稀释到浓度为C 2时，放出的热量按下式计算：1868.47983.1178607983.117860''112212⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⨯-+⨯=-n n n n Q Q式中：''12Q Q -—每mol H 2SO 4放出的热量，kJ/kmol ；12n n 、—浓度分别为C 2、C 1时每mol H 2SO 4所含水的摩尔数。
93% H 2SO 4→92.5% H 2SO 441.098/9318/71==n ()kmol kJ Q /138831868.47983.141.01786041.0'1=⨯+⨯=44.098/5.9218/5.72==n()kmol kJ Q /146991868.47983.144.01786044.0'2=⨯+⨯=()kmol kJ Q Q /8161388314699''12=-=-Q4=⑤炉气带出热Q 5(t=47℃)SO 2带出热量：q 1=144.40 40.66=275951.29 kJ/h O 2带出热量：q 2=101.36 140630.92 kJ/h N 2带出热量：q 3=1142.70 =1565556.14 kJ/hH 2O 带出热量：q 4=3.11 4930.31 kJ/h Q 5= q 1+ q 2+ q 3+ q 4=1987068.66 kJ/h ⑥出塔酸带出热Q 6和酸温543216Q Q Q Q Q Q -+++==2129230.31+11004130+66513734+6591182.55-1987068.66 =84251207.6KJ/h则：出塔酸的热焓I=98.4KJ/kg查表3.3通过内插法得：93% H 2SO 4 I=98.4kJ/kg 时的温度为t=60℃。
表3.3 硫酸的热含量表硫酸浓度%(质量)热含量(kJ/kg)40℃60℃ 80℃ 92 63.2 96.3 130.2 93 62.4 95 129 98 58.2 89.2 121 9957.487.9118.9(2)干燥塔循环酸槽的热量衡算①从干燥塔冷却器来的92.5% H 2SO 4带入热Q 1Q 1=②从98%酸循环系统串来的98.3% H 2SO 4带入热Q 2Q 2=式中：79.34为98.3% H 2SO 4的热焓(kJ/kg)。
③混合热Q 3由98.5% H 2SO 4、92.5% H 2SO 4两种浓度的硫酸，混合成93% H 2SO 4。
44.098/5.9218/5.71==n()kmol kJ q /146991868.47983.144.01786044.01=⨯+⨯=083.098/5.9818/5.12==n()kmol kJ q /32991868.47983.1083.017860083.02=⨯+⨯=41.098/9318/73==n ()kmol kJ q /138831868.47983.141.01786041.03=⨯+⨯=m 1kmol/h m 2=85006kmol/h ()22113213q m q m q m m Q ⨯-⨯-⨯+==2522313.6kJ/h④上塔酸带出热Q 4Q 4= kJ/h ⑤串往98%酸循环槽的93% H 2SO 4带出热Q 5 Q 5= kJ/h 式中：78.38为93% H 2SO 4的热焓(kJ/kg)。
⑥从干燥塔冷却器来的硫酸温度 由热量平衡得：54321Q Q Q Q Q +=++846594 +6744376+2522313.6=66714704.6+7022597 846594 64470612I=76.15 kJ/kg查表3.3通过内插法得：92.5% H 2SO 4的温度为t=47℃。
即干燥塔冷却器出口酸温为47℃，进口酸温60℃。
干燥塔的热量衡算及循环酸槽的热量衡算结果分别见表3.4和表3.5。
表3.4 干燥塔热量衡算表项目 进口热kJ/h 项目 出口热kJ/h 炉气带入热Q 12129230.31炉气带出热Q 51987068.66水的冷凝热Q211004130出塔酸带出热Q 684251207.6入塔酸带入热Q 366513734.393%硫酸稀释热Q 4入塔总热量∑86238276.3出塔总热量∑86238276.3表3.5 干燥塔循环酸槽的热量衡算表项目带入热kJ/h 项目带出热kJ/h 92.5%H2SO4带入热Q164468133.1上塔酸带出热Q466714704.6 98.5% H2SO4带入热Q2674437693% H2SO4带出热Q57022597混合热Q32522313.6带入总热量∑73737301.6带出总热量∑73737301.6吸收塔及其循环槽的物料衡中间吸收塔物料衡算(1)进塔气体成分:144.4011.55kmol/hSO2SO:144.40132.85kmol/h3:101.3634.94kmol/hO2:1142.70kmol/hN2中间吸收塔进出气体成分分别见表3.6和表3.7。
表3.6 进中间吸收塔气体成分项目kmol/h kg/h m/hSO211.55 739.33285.87SO3132.85 10627.842976.99O234.94 1117.95781.78N21142.70 31995.6025596.48∑1322.04 44480.7229641.12量(1)吸收SO3132.85量(3)出塔SO3132.85表3.7 出塔气体成分项目SO2SO3O2N2∑kmol/h 11.55 1.33 34.94 1142.70 1190.52(4)上塔酸量G为了便于管理，循环酸泵仍选用与干燥塔相同的酸泵(260 m3/h)。
酸浓：98%，比重：1.8023g/cm3，温度：54CG=481(5)出塔酸量866903+131.52=877427.9kg/h(6)出塔酸浓出塔酸中含SO3=相当于出塔酸浓98.3% H2SO4。
中间吸收塔物料衡算结果如表3.8所示。
表3.8 中间吸收塔物料平衡表进物料 (kg/h) 出物料 (kg/h) 98% H2SO4 468598 98.54% H2SO4 479119进塔SO3气体10627.84出塔SO3气体 106.4∑ 479225.84 ∑ 479225.4 最终吸收塔物料衡算(1)进塔气体成分SO2:144.40 1.44kmol/hSO3:144.40（）10.11kmol/hO2:34.93629.88kmol/hN2:1142.70kmol/h最终吸收塔进出气体成分分别见表3.9和表3.10。
表3.9 进最终吸收塔气体成分项目kmol/h kg/h m3/hSO2 1.44 92.4232.36SO310.11 808.64226.50O229.88 956.22668.69N21142.70 31995.60 25596.48∑1184.13 33852.88 26523.93(2)吸收SO3量(吸收率为99%)10.10810.0kmol/h(3)出塔SO3量10.108表3.10 出最终吸收塔气体成分项目SO2SO3O2N2∑kmol/h 1.44 0.10 29.88 1142.70 1174.12 (4)上塔酸量G为了便于管理，吸收塔仍采用481 m3/h酸泵，上塔酸量同中间吸收塔。