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 25c的98%硫
酸的密度是 1.8310 g/cm3,即 1831 kg/m3。

其中W1 =3.18 1831 =5822.58kg/h
稀释器的总质量平衡：W1 W2 =W3
稀释器硫酸的平衡：0.98W1 = 0.35W3
用W1 =5822.58kg代入上面两方程解得：
W2 =10480.644kg/h
W3 =16303.224kg/h
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25c下把1 mol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 C,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
方法一：经验公式法
由《硫酸工作手册》知，溶解 1 mol 硫酸于n mol 水所放出的积分溶解热可用下式计 式中Q----硫酸的积分溶解热（J /mol ）；
n----对于1 mol 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25c 下将浓度为每 mol 硫酸含n1 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n2 mol 水时，保持硫酸溶液的温度为 25 c,此两次热量之
差为
、2{1二（理0上一些3 4.1868
1.7983 n2 17860 n1
式中Q2—Q1-----1mol 硫酸放出的稀释热（J/mol ）
n1-----浓度为x1时1 mol 硫酸所含有的水的摩尔数 n2-----浓度为x2时1 mol 硫酸所含有的水的摩尔数
具体计算如下:
’17860 父10.1111 17860 M 0.1111
----------------- - ------------------ 尸 4.1868 <1.7983 +10.1111 1.7983 父 0.1111 J
KJ / mol, KJ / kmol, KJ / kg
等单位表示。

显然，微分溶解热是浓度的函数，也是温度
算:
17860 n 1.798 n
4.1868
98%的浓硫酸对应的
35%的稀硫酸对应的
1000 0.02/18 n1 =
1000 0.98/98 = 0.1111 「 1000 0.65/18 n2
-
1000 0.35/98
= 10.1111
从而得在25 c 下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并使硫酸溶液保持 25 c 时产生的稀
释热: Q2 -Q1 =(
17860 n2 1.7383 n2
17860 n1、
)4.1868
1.7983 n1
= 59134.2393J/molH2sQ
= 59.1342KJ /molH2 sO4
进而彳导在25 c下98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并保持硫酸溶液温度为25 C,每小时产生的稀释热为
八八 5822.58 1000 0.98
Q =n (Q2 -Q1) = -------------------------- 59.1342 =3443136.102KJ
98
又查《硫酸工作手册》中表“硫酸和发烟硫酸的热燃量(以0 c为基准)”并采用内插法得
25 c时35%硫酸的热燃量为
118.1-58.6 H 1 = (25 - 20) 58.6 = 73.475 KJ / KG
40-20
45 c时35%硫酸的热燃量为
178.8-118.1
H 2 = ------------ (45 -40) 118.1^ 133.275KJ /KG
60 -40
热燃量之差为、H -H2-H1 -133.275 -73.475 -59.8KJ /KG
最后得在25 c下98%硫酸稀释为35%硫酸，并保持硫酸溶液为 45 C,每小时产生的稀释热为
_ _ * __________________________________
Q=Q -W3 H =3443136.102 -59.8 16303.224
= 3443136.102 -974932.7952
= 2468203.307KJ
方法二：实验数值查表法
由《硫酸工作手册》中表“25 c下硫酸溶解于水中的积分溶解热Q积和微分溶解热Q微”知
25 c时98%硫酸的积分溶解热Q积1 = 37.263KJ / KGH2SQ
25 C时35%硫酸的积分溶解热Q积2 = 683.70KJ / KGH2SO4
从而得在25 c下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并保持硫酸溶液为25 c的的稀释热：
= 5822.58 0.98 (683.70-37.263)
= 3688652525KJ
进而彳导在25c下把98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并是硫酸溶液为25C,每小时产生的稀释热为_ _
* ―
Q=Q -W3 \ H =3688652525-59.8 16303.224
= 2713719.73KJ
方法三: 修正的经验公式法
由于汤姆逊曾提出的1 molH z SQ溶于n°molH2。

中时，放出稀释热的经验公式为
…17860 n。

…一八一………一、
Q = ------- 0-父4.1868,经此经验公式得出的结果与实验值相比存在较大的偏差,
1.7983 n0
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
20050 n0
了修正，修正后的硫酸稀释热的公式为Q = -------- 0'丸4.1868,经此计算公式得出的结
2.17 n0
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%, 卜面用修正的经验公式计算
98%的浓硫酸对应的n1 = 35%的稀硫酸对应的n2 =
1000 0.02/18
0.1111
1000 0.98/98
1000 0.65/18 =10.1111 1000 0.35/98
从而得在25c下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并使硫酸溶液保持在25c下，产生的稀释热为:
Q =Q2-Q1=
'20050 =2 20050M n1、
—产4.1868
k 2.17 +n2 2.17 +n1 J
20050 10.1111 20050 0.1111
=(----------------- - -------------- 4 4.1868
2.17 10.1111 2.17 0.1111
=16507.2799 -976.5267 4.1868
= 15530.7532 4.1868
-65024.1575J
= 65.0242KJ
进而得在25 c下把98%的浓硫酸稀释为 35%稀硫酸，使硫酸溶液保持在25 c下，每小时产生的稀释热为
*
Q =n (Q2 - Q1)= 5822.58 1000 0.98
98
65.0242 =3786086.064KJ
又查《硫酸工作手册》中表“硫酸和发烟硫酸的热燃量(以0 c为基准)”并采用内插法得
25 c时35%硫酸的热燃量为
118.1-58.6
H1-------------- (25 -20) 58.6=73.475KJ/KG
40-20
45 c时35%硫酸的热燃量为
178 8 -118 1
H 2 = ———- (45 -40) 118.1 = 133.275KJ /KG
60 -40
热焰量之差为' H = H2 - H1 =133.275-73.475 =59.8KJ / KG
最后的25c的98%硫酸稀释为45c的35%硫酸每小时产生的稀释热为
_ _ * ___________________________________
Q=Q -W3 H =3786086.064 -59.8 16303.224
=3786086.064 -974932.7952
= 2811153.269KJ
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:
T 2468203.307 -2713719.73
【1 二---------------------------- 100% = -9.05%
2713719.73
用方法三计算得出的结果的偏差为:
. 2811153.269 -2713719.73 ,
12 : -------------------------- 100% ="3.59%
2713719.73
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。

为了进一步说明方法一和方法二所计算的硫酸稀释热的差别, 将用这两种方法计算纯硫酸稀释到不同浓度的硫酸产生的稀释热的数值对比如下
表1 不同浓度下实验数值查表法和汤姆逊经验公式法计算所得的稀释热的比较
从上面表格知在硫酸浓度低于90%时，用汤姆逊曾提出的经验公式法（即方法一）计算硫酸的积分溶解热和溶解热的实验值（即方法二）比较，偏差不是很大：但当硫酸浓度超过90%时，用汤姆逊曾提出的经验公式法计算得出的硫酸的积分溶解热和实验值比较，偏差很大，而且随着硫酸浓度的增大，其偏差也愈大。

卜表是硫酸积分溶解热的汤姆逊公式计算值、实验数据查表值和改进的经验公式计算值
的综合比较
表2 18c时1 mol硫酸(液)溶解于n0mol水中所产生的积分溶解热的实验值与计算值
性有明显提高，汤姆逊经验公式计算值的最大负偏差为12%,最大正偏差为11.6%,而改进
的经验公式计算法的最大负偏差为 6.9%,最大正偏差为 6.2%。

4、结论
综上得出，若计算硫酸溶解于水到一定浓度时产生的稀释热或把一定浓度硫酸稀释到另一浓度产生的稀释热最准确的方法为实验数据查表法，即方法二。