反应热量衡算-4.18
热量恒算--年产60000吨悬浮法生产聚氯乙烯生产车间设计
附二：热量衡算（1）聚合釜(进料温度按20℃计算).A所处理的物料带入聚合釜的热量Q120℃时,VCM:Cp=0.350kcal/kg℃水: H=20.04 kcal/kg℃1=(40400) ⨯0.350⨯20=282800kcal (助剂全部以VCM计算) VCM: Q12=（48358）⨯20.04= 969094kcal水： Q1=282800kcal+969094kcal=1251894kcal所以：Q1B反应热效应Q2反应热：13274161cal/kg=258126kcalQ3（离开物料，温度以50℃计算） C所处理物料带出聚合釜的热量 Q550℃时 PVC： Cp=0.44 kcal/kg℃水： H=50.99 kcal/kg℃VCM： Cp=0.368 kcal/kg℃1=40298⨯0.44⨯50⨯0.90=797900kcalPVC： Q43=48358⨯50.99=2465774kcal水 : Q43=(4030+106.8)⨯0.368⨯50=76117 kcalVCM: Q4所以Q=76117+2465774+797900=33399791 kcal5E设备上消耗的热量 Q(初始温度计为20℃)4=0.11 kcal/kg℃设备估计自重为38050 kg材料选用钢,其热熔CP所以Q=80000⨯0.11⨯30=264000kcal5F搅拌带进的热量 Q6根据有关文献估计值为258126 kcalG夹套循环水带走的热量Q6=Q3+Q4+Q5Q1+Q2+Q6所以Q3=11417990 kcal表2-1聚合釜热量平衡表（2）沉析槽:A物料带入热量-----Q1 (进料温度以50℃计)50℃时: PVC： Cp=0.44 kcal/kg℃水： H=49.99 kcal/kg℃VCM: Cp=0.368kcal/kg℃VCM: Q11=(2503.2+67)⨯0.368⨯50=47291.7kcalPVC：Q12=22303.5⨯0.44⨯50=490677kcal水 : Q13=(38639+52.2) ⨯49.99= 1934173.1kcal所以Q1= Q11+ Q12 + Q13=3343584kcalB蒸汽加热带入热量-----Q2Q2=2081555 kcal(祥见物料平衡表)C物料带出热量----- Q3(设计出料温度为75℃)75℃时: PVC： Cp=0.44 kcal/kg℃水： H=75 kcal/kg℃VCM(汽): Cp=0.232kcal/kg℃所以 PVC：Q31=(35726+149.43+42.6)⨯75⨯0.44=1183889kcal(包括纯碱和助剂)水 : Q32=(48828+3903+58.9)⨯75=3959242.2kcalVCM: Q33=17.96⨯0.232⨯75=310kcalQ3= Q31+ Q32+ Q33=5143441 kcalD加热沉析槽的热量-----Q4(初温以20℃计算)33000⨯0.11⨯(75-20)=199650 kcal表2-2 沉析槽热量平衡表（3）汽提：A.物料带入热量-----Q1（温度以95℃计算）95℃时：水： H=95.07 kcal/kg；PVC：CP=0.44 kcal/kg℃则：PVC: Q11=hrkcal/2622759544.0)22.264.1064.1044.96.7914(=⨯⨯++++水: Q22=11695⨯95.07=877125 hrkcal/所以: Q1= Q 11+ Q 22=1139469hr kcal /B.塔底蒸汽带进的热量：（塔底温度以105℃计算）----- Q2 105℃时:H (水蒸汽)=640.9 kcal/kg; 则:hr kcal Q /15217539.6404.23742=⨯=C.VCM 带走的热量(温度以95℃计算)------Q3 95℃时:VCM(气态) C P =0.236kcal/kg.K Q3hr kcal /278)27395(236.02.3=+⨯⨯=D.物料带走的热量：（出料温度以95℃计算）-----Q4 Q 41hr kcal /1279119504.14069957.95=⨯⨯= Q 42hr kcal /3921759544.07875=⨯⨯=所以：Q4hr kcal /13530459217531279119 =+= E.塔顶冷凝器带走的热量：-----Q5 由热量平衡计算：54321Q Q Q Q Q ++=+hr kcal Q /13779025=表2-3汽提塔热量平衡表（4）干燥过程: (闪蒸干燥)A 、物料带入热量Q1（设60℃为进料温度） 40℃时，水：H=59.55Kcal/Kg PVC Cp=0.44 Kcal/Kg ℃所以，水 Q1=59.55小时cal/1175505.1959K =⨯PVC Q2=7835.6小时ka/l 20686060440K 。
热量衡算
化工计算中的能量衡算是根据热力学第一定律，即能量守恒与转化定律，对化工过程进行能量计算。
化工生产中消耗的能量形式有机械能，电能和热能等等，其中以热能为主要形式，因此化工过程中的能量衡算重点是热量衡算。
本章具体对苯酐氧化反应器进行能量衡算如下：热量衡算方程式： Q 1+Q 2+Q 3=Q 4+Q 5其中式中： Q 1——初始物料带入设备中的热量，kJQ 2——加热剂或冷却剂与设备和物料传递的热量，kJ Q 3——物理变化及化学变化的热效应，kJ Q 4——离开设备物料带走的热量，kJ Q 5——反应器系统热量损失，kJ 4.1 反应过程的能量方框图图4-1 反应工段能量衡算图4.2 反应器能量横算过程根据图4-1及能量守恒可知：Q 2=Q 4+Q 5-Q 1-Q 3 4.2.1 Q 1和Q 4的计算Q=∑M i ×C i （t 1-t 2） （Q 1和Q 4的计算都适用） 式中：M i ——反应物体系中组分的质量，kg ；C i ——组分i 在0-T℃时的平均比热容，KJ/kg.K ； t 1，t 2——反应物系在反应前后的温度，℃。
物料进入设备时的温度为145℃，热量衡算的基准为145℃，△T=0,则： Q 1=0查得各物项平均比热容数据： （kJ/kg.℃）所以： ()21i i 4t C M Q t -=∑=9.4000×6.96×(370-145)+8124.3234×1.15×225+70547.000×1.06×225+9990.0000×5.23×225+796.1912×4.52×225+162.0164×4.52×225+273.9496×4.91×225+574.4248×5.18×225+4972.6368×4.18×225+411.8582×1.11×225+2830.2066×1.45×225=38347694.4kJ 4.2.2 过程Q 3的计算过程热效率可以分为两类：一类是化学过程的热效率即化学反应速率；另一类是物理过程热效率。
热量衡算——精选推荐
第二章 能量衡算2.1 能量衡算概述物料衡算完成后，对于没有传热要求的设备，可以由物料处理量，物料的性质及工艺要求进行设备的工艺设计，以确定设备的型式，台数，容积以及重要尺寸。
对于有传热要求的设备则必须通过能量衡算，才能确定设备的主要工艺尺寸。
无论进行物理过程的设备或是化学过程的设备，多数伴有能量传递过程，所以必须进行能量衡算。
2.2 能量衡算目的对于新设计的生产车间，能量衡算的主要目的是为了确定设备的热负荷。
根据设备热负荷的大小，所处理物料的性质及工艺要求在选择传热面的型式，计算传热面积，确定设备的主要尺寸。
传热所需要的加热剂或冷却剂的用量也是以热负荷的大小为依据而进行计算的。
对于有些伴有热效应的过程，其物料衡算也要通过与能量衡算的联合求解才能得出最后的结果。
2.3 能量衡算依据能量衡算的主要依据是能量守恒定律。
能量守恒定律是以车间物料衡算的结果为基础而进行的。
2.4 能量衡算过程 2.4.1 反应釜的热量衡算反应工段的热量衡算主要体现在反应釜和夹套。
对于有传热要求的的设备，其热量衡算为：654321Q Q Q Q Q Q ++=++；式中 1Q —物料带入到设备的热量kJ ； 2Q —加热剂传给设备的热量kJ ； 3Q —物理变化及化学反应的热效应kJ ； 4Q —物料离开设备所带走的热量kJ ； 5Q —消耗于提高设备本身温度的热量kJ ； 6Q —设备向环境散失的热量kJ 。
物料热量衡算以天为单位。
1Q 与4Q 的计算1Q 与4Q 均可按照下式计算：()tkJ mc Q Q p ∑=41 式中m —输入或输出设备的物料量，kgp c —物料的平均比热容，()C kg kJ ︒⋅/t —物料的温度，℃。
该式的计算标准是标准状态，即Pa C 3101013.10⨯︒及为计算标准。
固体和液体的比热容可以采用下式计算：Mn c c p ∑⋅=α184.4； []1式中：αc —元素的原子比热容，()C kg kJ ︒⋅/ ；n —分子中同一原子的原子数；M —化合物的分子量，kmol kg /。
热量衡算
热量衡算1计算方法与原则1.1热量衡算的目的及意义热量衡算的主要目的是为了确定设备的热负荷。
根据设备热负荷的大小、所处理物料的性质及工艺要求再选择传热面的形式、计算传热面积、确定设备的主要工艺尺寸。
传热所需的加热剂或冷却剂的用量也是以热负荷的大小为依据而进行计算的。
1.2热量衡算的依据及必要条件热量衡算的主要依据是能量守恒定律，其数学表达式为Q1+ Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 式1其中：Q1——物料带入到设备的热量，kJQ2——加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的热量，kJQ3——过程热效应，kJQ4——物料离开设备所消耗的热量，kJQ5——加热或冷却设备所消耗的热量，kJQ6——设备向环境散失的热量，kJQ1（Q4）=Σ mC P(t2- t0) kJ式2m——输入或输出设备的物料质量，kgC P——物料的平均比热容，kJ/(kg•℃)t2——物料的温度，℃t0——基准温度，℃Q5=Σ C P M (t2-t1) kJ式3M——设备各部件的质量，kgC P——设备各部件的比热容，kJ/(kg•℃)t1——设备各部件的初始温度，℃t——设备各部件的最终温度，℃2Q5+Q6=10%Q总式4热量衡算是在车间物料衡算的结果基础上而进行的，因此，车间物料衡算表是进行车间热量衡算的首要条件。
其次还必须收集有关物质的热力学数据，例如比热容，相变热，反应热等。
本设计还将涉及到的所有物料的热力学数据汇总成表4，以便于后期的计算。
1.3热量衡算基准因为物料衡算计算的是各个岗位的天处理量，所以热量衡算计算的也是某个设备天换热介质消耗量，同时温度基准采用的是0℃做基准。
当然，进行传热面积校核时，是根据批处理量计算。
2全车间物料热力学数据的估算2.1所用纯化合物比热的推算0i i pMc n C ∑=式 5式中M ——化合物分子量；n i ——分子中同种元素原子数； c i ——元素的原子比热容，kJ/(kg•℃)查《制药工程工艺设计》P111，得到原子的摩尔热容相关数据，见表1表1 元素原子的摩尔热容单位：kcal/( kmol•℃)(当物质为固体时，各原子的C a 取值近似值）原子 C a 原子 C a 原子 C a 碳C 2.8 氧O 6.0 氮N 2.6 氢H4.3硫S7.4其他8.0(当物质为液体时，各原子的C a 取值近似值）而在实际生产的过程中遇到的物质大多是混合物，极少数的混合物有实验测定的热容数据，一般都是根据混合物内各种物质的热容和组成进行推算的，其中杂质的含量极少，热效应可以忽略不计。
热量衡算
硫酸铝制备技术一、硫酸铝制备方法：目前，国内制备硫酸铝两种方法：铝土矿法+硫酸、氢氧化铝+硫酸第一种：有铁硫酸铝制备方法：用硫酸直接处理铝土矿(或粘土)的方法而制得硫酸铝，其化学反应式为： H2Al(SiO4)2·H2O＋3H2SO4＝Al2(SO4)3＋2H4SiO4＋H2O特点：原材料铝土矿便宜，但铁含量高，且不易脱除，目前，山东等铝土矿资源丰富的地方大量生产。
第二种：无铁硫酸铝制备方法：氢氧化铝+硫酸制备2Al(OH)3＋3H2SO4 ＝ Al2（SO4）3 ＋ 6H2O + Q氢氧化铝粉出厂已脱铁，铁含量低，故硫酸铝铁含量低。
生产的硫酸铝有固体硫酸铝和液体硫酸铝。
固体硫酸铝的Al2O3含量15.8~17%,而氢氧化铝粉中Al2O3含量64~65%,运1吨氢氧化铝粉相当运4吨固体硫酸铝。
而本地浓硫酸价格相对便宜，所以，用氢氧化铝粉和浓硫酸反应生产成本低。
二、硫酸铝的反应形式- 1 -硫酸铝反应形式有两种：一种常压反应（老基地)，一种带压反应(新基地）常压反应所用设备一般用玻璃钢反应釜，通蒸汽一般有两种：一种通过故泡器通蒸汽（催化剂长岭分公司），故泡器起到搅拌的作用;另一种直接通蒸汽，用工业风搅拌(齐鲁）。
带压反应所有设备一般有三种：搪瓷反应釜、搪铅通过胶泥贴耐酸瓷砖、锆反应釜（国内第一家，存在风险）。
带压反应的理论基础热量衡算：（1）、2Al(OH)3＋3H2SO4 ＝ Al2（SO4）3 ＋ 6H2O + Q2 3 1 6 Q-1284kj/mol -194.5Kcal/mol -3435Kj/mol -285.83Kj/molQ=△RH=-285.83*6-3435+1284*2+3*194.5*4.18=-142.95kj/mol故此反应为放热反应整年反应的热量为Q反：Q反＝－142.95*25000*50*3.353*1000/342=-1751869000Kj/年（2）对产物Al2（SO4）3 （1年的产量）从0℃升至140℃所需要的热量Q Al2（SO4）3Q Al2（SO4）3=CM△T 其中C＝0.35Kcal/Kg.℃Q Al2（SO4）3=CM△T =0.35*4.2*25000*50*3.353*(140-0)=862559250kj/年对水的吸热（从0℃升至140℃）所需要的热量Qk100℃蒸汽r1=539Kcal/kg,H1=639.1Kcal/kg- 2 -140℃蒸汽r2=512.3Kcal/kg,H1=653Kcal/kgMH20=1324+10117=11441T故Q水＝CM△T+R1*M+(H2-H1)*M=M*(4.2*100+539*4.2+13.9*4.2)=11441*4.2*(100+539+13.9)*1000=3.137*1010KJ（4）、浓硫酸稀释所放出的热量Q稀Q稀＝(3677×103/98）*21021*4.2=3.313*1010KJ（5）对整个反应（时间为一年）需向反应釜提供的热量Q提Q提＝Q放－Q吸＝（3.313＋0.175－0.086－3.137）×1010＝0.265×1010KJ/年故反应无需向反应气补充蒸汽三、化工原材料性质及产品质量指标本项目原料主要有氢氧化铝粉浓硫酸，其规格及来源见下表。
第二节 热量平衡计算
3．热损失 米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为 前二次耗热量的15%，即： Q Q Q 2 =15%（ 2 + 2 ） 4．由上述结果得： Q2=1.15( Q 2 +Q 2) =2088898(kJ)
（三）第二次煮沸前混合醪升温至70℃的耗 热量Q3 按糖化工艺，来自糊化锅的煮沸的米醪 与糖化锅中的麦醪混合后温度应为 63℃， 故混合前米醪先从100℃冷却到中间温度t。
=3.63„kJ/(kg· K)‟
混合醪比热容：
c混合 G 麦醪 c麦醪 G 米醪 c米醪 G 混合
=3.67„kJ/(kg· K)‟
（4）故Q4=26.7%G混合C混合（100-70） =559860（kJ）
2．二次煮沸过程蒸汽带走的热量Q4 煮沸时间为10min，蒸发强度5%，则蒸发水分 量为： V2=26.7%G混合5%1060 =42.4(kg) 故Q4=IV2=2257.242.4 =95705.3(kJ) 式中，I为煮沸温度下饱和蒸汽的焓（kJ/kg）。
（ 5）设备向环境散热Q8为了简化计算，假定设备壁 面的温度是相同的，则： Q8=FT（tw-ta） 式中 F——设备总表面积（m2） T——壁面对空气的联合给热系数„W/(m2· ℃)‟ tw——壁面温度（℃） ta——环境空气温度（℃） ——操作过程时间（s） T的计算： ① 空气作自然对流，T=8+0.05tw ② 强制对流时，T=5.3+3.6W（空气流速W=5m/s） 或T=6.7W0.78（W>5m/s）
二、计算实例 （3000t/a啤酒厂糖化车间热量衡算）
二次煮出糖化法是啤酒生产常用的糖 化工艺，下面就以此工艺为基准进行糖 化车间的热量衡算。工艺流程示意图如 图5-6所示，其中的投料量为糖化一次的 用量（计算参考本章第一节表5-7）。
(整理)第四章能量衡算及热数据的估算习题解答
计算题（P106）4－1、物料衡算数据如下图所示。
主反应式如下。
已知加入甲苯和浓硫酸的温度均为30℃，脱水器的排水温度为65 ℃，磺化液的出料温度为140 ℃，甲苯和硫酸的标准化学反应热为117.2kJ·mol -1 (放热) ，设备（包括磺化釜、回流冷凝器和脱水器，下同）升温所需的热量为1.3×105kJ ，设备表面向周围环境的散热量为6.2 ×104kJ, 回流冷凝器中冷却水移走的热量共9.8 ×105kJ 。
试对甲苯磺化过程进行热量衡算。
有关热力学数据：原料甲苯的定压比热为1.71kJ ·kg -1 ·℃-1 ; 98%硫酸的定压比热为1.47kJ ·kg -1 ·℃-1 ;磺化液的平均定压比热为1.59kJ ·kg -1 ·℃-1 ;水定压比热为4.18kJ ·kg -1 ·℃-1解法一：对甲苯磺化过程进行热量衡算的目的是为了确定磺化过程中的补充加热量。
依题意可将甲苯磺化装置(包括磺化釜、回流冷凝器和脱水器等)作为衡算对象。
此时，输入及输出磺化装置的物料还应包括进、出回流冷凝器的冷却水，其带出和带入热量之差即为回流冷凝器移走的热量。
若将过程的热效应作为输入热量来考虑，则可绘出如下图所示的热量衡算示意图。
CH 3+H 2SO 4CH 33H+H 2O则热量平衡方程式可表示为 取热量衡算的基准温度为25o C （若取0 ℃作为基准，结果又如何？），则（1）（2）磺化过程热效应反应中共加入98%浓硫酸的质量为1100kg ，其中含水22kg 。
若以SO 3计，98%硫酸的质量分率为80%。
由式(4-44)得反应结束后,磺化液含硫酸35.2kg,水21.4kg 。
以SO 3计,硫酸的质量分率为50.8%。
则1234567Q Q Q Q Q Q Q ++=+++141000 1.71(3025)1100 1.47(3025) 1.6610Q kJ=⨯⨯-+⨯⨯-=⨯3p cQ Q Q =+1-122111 2.989(2515)110.20130.062 4773.4 kJ (kg H )s H m mm mO -∆=+--++=⋅2-122111 2.989(2515)10.50810.5080.20130.0620.5080.5081833.6 kJ (kg H )s H O ⨯-∆=+--++=⋅所以有反应消耗的甲苯量为979 kg ，则（3）反应产物（磺化液、脱水器排出的水）带走的热量Q 4 Q 4=1906.9 x 1.59 x （140-25）+193.1 x 4.18 x （65-25）=3.77 x 105 KJ （4）由题意知 Q 5=1.3 x 105 KJ Q 6=6.2 x 104 KJ Q 7=9.8 x 105 KJ 所以Q 2=Q 4+Q 5+Q 6+Q 7-Q 1-Q 3=2.12 x 105 KJ4224773.421.41833.6 6.610p Q kJ=⨯-⨯=⨯kJ1025.1 2.1179210979Q 63c ⨯=⨯⨯=kJ1032.1 1025.1106.6 Q Q Q 664cp 3⨯=⨯+⨯=+=解法二：对甲苯磺化过程进行热量衡算的目的是为了确定磺化过程中的补充加热量。
热量衡算
热量衡算1计算方法与原则1.1热量衡算的目的及意义热量衡算的主要目的是为了确定设备的热负荷。
根据设备热负荷的大小、所处理物料的性质及工艺要求再选择传热面的形式、计算传热面积、确定设备的主要工艺尺寸。
传热所需的加热剂或冷却剂的用量也是以热负荷的大小为依据而进行计算的。
1.2热量衡算的依据及必要条件热量衡算的主要依据是能量守恒定律，其数学表达式为Q1+ Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 式1其中：Q1——物料带入到设备的热量，kJQ2——加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的热量，kJQ3——过程热效应，kJQ4——物料离开设备所消耗的热量，kJQ5——加热或冷却设备所消耗的热量，kJQ6——设备向环境散失的热量，kJQ1（Q4）=Σ mC P(t2- t0) kJ式2m——输入或输出设备的物料质量，kgC P——物料的平均比热容，kJ/(kg•℃)t2——物料的温度，℃t0——基准温度，℃Q5=Σ C P M (t2-t1) kJ式3M——设备各部件的质量，kgC P——设备各部件的比热容，kJ/(kg•℃)t1——设备各部件的初始温度，℃t——设备各部件的最终温度，℃2Q5+Q6=10%Q总式4热量衡算是在车间物料衡算的结果基础上而进行的，因此，车间物料衡算表是进行车间热量衡算的首要条件。
其次还必须收集有关物质的热力学数据，例如比热容，相变热，反应热等。
本设计还将涉及到的所有物料的热力学数据汇总成表4，以便于后期的计算。
1.3热量衡算基准因为物料衡算计算的是各个岗位的天处理量，所以热量衡算计算的也是某个设备天换热介质消耗量，同时温度基准采用的是0℃做基准。
当然，进行传热面积校核时，是根据批处理量计算。
2全车间物料热力学数据的估算2.1所用纯化合物比热的推算0i i pMc n C ∑=式 5式中M ——化合物分子量；n i ——分子中同种元素原子数； c i ——元素的原子比热容，kJ/(kg•℃)查《制药工程工艺设计》P111，得到原子的摩尔热容相关数据，见表1表1 元素原子的摩尔热容单位：kcal/( kmol•℃)(当物质为固体时，各原子的C a 取值近似值）原子 C a 原子 C a 原子 C a 碳C 2.8 氧O 6.0 氮N 2.6 氢H4.3硫S7.4其他8.0(当物质为液体时，各原子的C a 取值近似值）而在实际生产的过程中遇到的物质大多是混合物，极少数的混合物有实验测定的热容数据，一般都是根据混合物内各种物质的热容和组成进行推算的，其中杂质的含量极少，热效应可以忽略不计。
管式反应器热量衡算
管式反应器热量衡算
管式反应器热量衡算主要包括输入热量、输出热量和反应热量三个方面。
下面是详细的计算步骤：
输入热量：
输入热量是指进入管式反应器的热量，通常由外部提供。
如果输入热量是通过燃料燃烧来提供的，可以使用燃烧热的计算公式进行计算，具体公式为：
输入热量=燃料质量×燃料燃烧热
其中，燃料质量是指进入反应器的燃料质量，燃料燃烧热是指单位质量燃料完全燃烧所释放的热量。
输出热量：
输出热量是指从管式反应器中流出的热量，通常以产物流的形式存在。
可以使用下述公式计算输出热量：
输出热量=产物质量×产物比热容×温度差
其中，产物质量是指从反应器中流出的产物质量，产物比热容是指产物的平均比热容，温度差是指产物离开反应器时的温度与进入反应器时的温度之差。
反应热量：
反应热量是指在反应过程中释放或吸收的热量。
要计算反应热量，需要知道反应的摩尔数变化和反应热。
反应热量=反应物摩尔数变化×反应热
其中，反应物摩尔数变化是指反应前后摩尔数的差异，反应热是
指单位摩尔反应物所释放或吸收的热量。
第五章能量衡算
第五章能量衡算第一节概述第二节热量衡算第三节过程的热效应第四节热量衡算举例第五节加热剂、冷却剂及其其他能量消耗的计算5.1 概述5.1.1 能量衡算的目的和意义计算过程能耗指标进行方案比较，选定先进生产工艺。
能量衡算数据是设备选型和计算的依据；是组织、管理、生产、经济核算和最优化的基础5.1.2 能量衡算的的依据及必要条件依据为能量守恒定律条件：物料衡算的数据，相关热力学物性数据。
5.1.3 能量守恒的基本方程输出能量+消耗能量+积累能量=输入能量+生成能量5.1.4 能量衡算的分类单元设备的能量衡算和系统的能量衡算5.2 热量衡算5.2.1 热量平衡方程式Q —物料带入设备的热量，kJ ;Q2—加热剂或冷却剂传给设备及所处理物料的热量，kJ ;Q3 —过程的热效应，kJ;（注意符号规定）Q4—物料带出设备的热量，kJ ；Q5—加热或冷却设备所消耗的热量或冷量，kJ ；Q6 —设备向环境散失的热量，kJ。
注意各Q勺符号规定Q为设备的热负荷。
若Q为正值，需要向设备及所处理的物料提供热量; 反之，表明需要从设备及所处理的物料移走热量。
对间歇操作，按不同的时间段分别计算Q的值，并取其最大值作为设备热负荷的设计依据。
522 各项热量的计算1、计算基准一般情况下，可以0C和1.013 105Pa为计算基准有反应的过程，也常以25C和1.013 105Pa为计算基准。
2、Q或Q的计算无相变时物料的恒压热容与温度的函数关系常用多项式来表示：若知物料在所涉及温度范围内的平均恒压热容，贝心3、Q的计算过程的热效应由物理变化热Q和化学变化热Q两部分组成物理变化热是指物料的浓度或状态发生改变时所产生的热效应。
若过程为纯物理过程，无化学反应发生，如固体的溶解、硝化混酸的配制、液体混合物的精馏等，则Q C= 0 。
化学变化热是指组分之间发生化学反应时所产生的热效应，可根据物质的反应量和化学反应热计算。
4、Q的计算稳态操作过程Q 5= 0非稳态操作过程由下式求QQ=' GC (T2-T1)G-设备各部件的质量，kg;G—设备各部件材料的平均恒压热容，kJ kg-1「C-1;T1—设备各部件的初始温度，C；T2—设备各部件的最终温度，C。
物料衡算和热量衡算
3 物料衡算和热量衡算计算基准年产 4500 吨的二氯甲烷氯化吸取，年工作日 330 天，每天工作 24 小时，每 小时产二氯甲烷：物料衡算和热量衡算反响器的物料衡算和热量衡算本反响为强放热反响，如不把握反响热并移走，温度会急剧上升，产生猛烈的燃烧反响， 是氯化物发生裂解反响。
由此可以通过参与过量的甲烷得到循环气，以之作为稀释剂移走反 应热。
〔一〕 计算依据〔1〕 二氯甲烷产量为： kg/h ，即： kmol/h ； 〔2〕 原料组成含: Cl 2 96%，CH 495%；（3） 进反响器的原料配比〔摩尔比〕: Cl 2：CH 4：循环气=1： （4） 出反响器的比例: CH 2Cl 2：CHCl 3=1：〔质量比〕(CHCl 3+CCl 4)/CH 2Cl 2=〔摩尔比〕；（5） 操作压力: 〔表压〕；（6） 反响器进口气体温度 25o C ，出口温度 420o C 。
〔二〕 物料衡算反Cl 2应CH 3Cl CH 2Cl 2 CHCl 3CH 4CCl 4 HCl假设循环气不参与反响，只起到带走热量的作用。
则设进口甲烷为 X kmol/h ，=h出反响器的一氯甲烷Y kmol/h，氯化氢Z kmol/h。
由进反响器的原料配比〔摩尔比〕Cl2：CH4：循环气=1：原料组成含: Cl2 96%，CH495%。
由CH2Cl2：CHCl3=1：〔质量比〕可得CHCl3每小时产量为：×=h由(CHCl3+CCl4)/CH2Cl2=〔摩尔比〕可得CCl4的量为×－=h用元素守衡法则：Cl 元素守衡=Y+×2+×3+×4+Z ①H 元素守衡4X=3Y+×2++Z ②C 元素守衡X=Y+++ ③解方程①①③得X=hY=hZ=h （1）所以反响器进口原料中各组分的流量：Cl2: ×=h=h 〔纯〕=h=h 〔含杂质〕CH4: h=h 〔纯〕=h=h 〔含杂质〕循环气流量：3×= kmol/h= Nm3/h其中：CH3Cl：kmol/hN2：×4%＋×3%= kmol/hCO2：×2%= kmol/h可知：= 得进口Cl2为kmol/h3 CH 4：－－－= kmol/h进口气体总量： ＋＋= kmol/h（2） 反响器出口中各组分流量：CH 3Cl ： kmol/h CH 2Cl 2： kmol/h CHCl 3 ： kmol/h CCl 4： kmol/h HCl ： kmol/h 循环气： kmol/h出口气体总量：＋＋＋＋= kmol/h（3） 出口气体中各组分的含量：CH 3Cl ： ×100%=%CH 2Cl 2：×100%=%CHCl ： ×100%=% CCl 4： ×100%=% HCl ： ×100%=% N 2：×100%=%CO 2： ×100%=% CH 4： ×100%=%表 3—1 反响器物料平衡组分kmol/h反响器进口组成%〔mol 〕 kg/h反响器出口kmol/h组成%〔mol 〕 kg/hCH 4 Cl 2 CH 3Cl CH 2Cl 22 2CHCl 3 CCl 4 HClN 2 CO 2 总计100 100〔三〕 热量衡算以 25℃为基准温度由《氯碱工业理化常数手册》查得如下数据：420℃时，由《氯碱工业理化常数手册》查得如下数据：物质n(kmol)CH 3ClCH 2Cl 2CHCl 3CCl 4HClN COΔt = 420－25=395℃输入焓：∑输入H = 0表 3—2 反响物料标准摩尔生成焓Δf/〔kJ/mol 〕 物质输入 输出CH 4Cl 2CO 2CH 3Cl CH 2Cl 2 CHCl 3 CCl 4HCln(kmol) Δf0 -100Δ f =∑ 生成物 n Δ H θ－∑ f m 反响物n Δ H θ=－×106 kJ f m 表 3—3 生成物的标准摩尔定压热容/(J ﹒K -1﹒mol -1)输出焓：∑ 输出 H = ∑nΔt = ×106 kJ℃时，由《氯碱工业理化常数手册》查得如下数据：物质n(kmol) CH4CH3Cl N2CO2考虑4%热损失，则×106×〔1-4%〕=则Q = Q放出带出循环气能带走的热量恰好为反响气放出的热量，是反响温度保持在420℃左右可以维持反响顺当进展。
【精品】第四章能量衡算及热数据的估算习题解答
计算题（P106）4－1、物料衡算数据如下图所示.主反应式如下。
已知加入甲苯和浓硫酸的温度均为30℃，脱水器的排水温度为65 ℃，磺化液的出料温度为140 ℃，甲苯和硫酸的标准化学反应热为117。
2kJ·mol —1(放热），设备(包括磺化釜、回流冷凝器和脱水器，下同)升温所需的热量为1。
3×105kJ ，设备表面向周围环境的散热量为6.2×104kJ ，回流冷凝器中冷却水移走的热量共9.8×105kJ 。
试对甲苯磺化过程进行热量衡算。
有关热力学数据：原料甲苯的定压比热为1.71kJ·kg —1·℃—1；98％硫酸的定压比热为1。
47kJ·kg —1·℃-1；磺化液的平均定压比热为1.59kJ·kg —1·℃-1；水定压比热为4.18kJ·kg -1·℃-1CH 3+H 2SO 4CH 3SO 3H+H 2O98%硫酸1100纯硫酸1078解法一:对甲苯磺化过程进行热量衡算的目的是为了确定磺化过程中的补充加热量。
依题意可将甲苯磺化装置（包括磺化釜、回流冷凝器和脱水器等）作为衡算对象.此时，输入及输出磺化装置的物料还应包括进、出回流冷凝器的冷却水，其带出和带入热量之差即为回流冷凝器移走的热量.若将过程的热效应作为输入热量来考虑,则可绘出如下图所示的热量衡算示意图.则热量平衡方程式可表示为取热量衡算的基准温度为25o C （若取0 ℃作为基准,结果又如何?），则（1）（2）磺化过程热效应反应中共加入98％浓硫酸的质量为1100kg,其中含水22kg 。
若以SO 3计,98％硫酸的质量分率为80％。
由式(4—44）得反应结束后,磺化液含硫酸35.2kg,水21.4kg 。
以SO 3计，硫酸的质量分率为50。
8％.则141000 1.71(3025)1100 1.47(3025) 1.6610Q kJ=⨯⨯-+⨯⨯-=⨯3p cQ Q Q =+1-122111 2.989(2515)110.20130.062 4773.4 kJ (kg H )s H m mm mO -∆=+--++=⋅22111 2.989(2515)10.50810.5080.20130.0620.5080.508s H ⨯-∆=+--++所以有反应消耗的甲苯量为979 kg ，则4224773.421.41833.6 6.610p Q kJ=⨯-⨯=⨯kJ1025.1 2.1179210979Q 63c ⨯=⨯⨯=kJ1032.1 1025.1106.6 Q Q Q 664cp 3⨯=⨯+⨯=+=（3）反应产物(磺化液、脱水器排出的水）带走的热量Q4Q4=1906.9x1.59x(140—25）+193。
《反应热的计算》人教版高二化学选修PPT精品课件
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典型例题
练习6 已知 ① CO(g) + 1/2 O2(g) = CO2(g) ΔH1= －283.0 kJ/mol ② H2(g) + 1/2 O2(g) = H2O(l) ΔH2= －285.8 kJ/mol ③ C2H5OH(l) + 3 O2(g) = 2CO2(g) + 3 H2O(l) ΔH3= －1370 kJ/mol 计算: 2CO(g)＋ 4 H2(g)= H2O(l)＋ C2H5OH(l) 的ΔH
0.4Q1+0.05Q3
典型例题
例2 在100 g 碳不完全燃烧所得气体中，CO占1/3体积，CO2占2/3体积，且
C(s) +1/2O2(g) = CO(g)； △ H = －110.35 kJ/mol
CO(g) + 1/2O2(g) = CO2(g)； △ H = －282.57 kJ/mol
2CO(g)＋ 4 H2(g)= H2O(l)＋ C2H5OH(l) ΔH ＝－339.2 kJ/mol
人教版高中化学选修4（高二）
第一章 化学反应与能量
感谢各位的仔细聆听
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第二课时 反应热的计算
一、反应热的计算
2、利用燃烧热 可燃物完全燃烧放出的热量＝n(可燃物) × |ΔH| 注意：这里的ΔH为燃烧热。 3、利用中和热 中和反应放出的热量= n(H2O) ×|ΔH| 注意：这里的ΔH为中和热。
化学：1.3《化学反应热的计算》课件(人教版选修4)
所以， ①- ②得：
C(石墨，s)= C(金刚石，s) △H=+1.5kJ/mol
你知道神六的火箭燃料是什么 吗？
例2：某次发射火箭，用N2H4（肼）在NO2中燃烧，生 成N2、液态H2O。已知： N2(g)+2O2(g)==2NO2(g) △H1=+67.2kJ/mol N2H4(g)+O2(g)==N2(g)+2H2O(l) △H2=-534kJ/mol 假如都在相同状态下，请写出发射火箭反应的热化学 方程式。
例1：写出石墨变成金刚石的热化学方程式 (25℃,101kPa时)
说明：
（1）可以在书中查找需要的数据 （2）并告诉大家你设计的理由。
先思考，之后小组讨论汇报
查燃烧热表知：
①C(石墨，s)+O2(g)=CO2(g) △H1=-393.5kJ/mol ②C(金刚石，s)+O2(g)=CO2(g) △H2=-395.0kJ/mol
2 N2H4(g)+ 2NO2(g)== 3N2(g)+4H2O(l)
△H=-1135.2kJ/mol
/hospital_list/ 整形专家
脆响/以及此起彼落の暗暗惊呼/两各人の脚步当即迟滞咯壹下/随即王爷再次抬脚继续前行/排字琦壹直恭敬地走在王爷の身后/见自家爷选择咯继续前行/她也只好亦步亦趋/可是她の心中是那么の焦急/想晓得是谁成咯二十三小格の出气筒/穆 哲见婉然挨咯自家爷の壹巴掌/当即吓得脸色煞白/舌头就像是被抽咯筋似の/连各/啊/字都没什么发出来/她当然别是因为担忧、关心婉然遭受の皮肉之苦/而是担心被才刚刚转身朝园子里走去の四哥四嫂凭白看咯笑话/此时见到王爷与排字琦渐 行渐远の身影慢慢地消失在夜色中/穆哲那才将壹颗提到嗓子眼儿の心稍稍放回肚里壹些/然后小心翼翼地开口劝
化工中物料衡算和热量衡算公式
物料衡算和热量衡算物料衡算根据质量守恒定律，以生产过程或生产单元设备为研究对象，对其进出口处进行定量计算，称为物料衡算。
通过物料衡算可以计算原料与产品间的定量转变关系，以及计算各种原料的消耗量，各种中间产品、副产品的产量、损耗量及组成。
物料衡算的基础物料衡算的基础是物质的质量守恒定律，即进入一个系统的全部物料量必等于离开系统的全部物料量，再加上过程中的损失量和在系统中的积累量。
∑G1=∑G2+∑G3+∑G4∑G2：——输人物料量总和；∑G3：——输出物料量总和；∑G4：——物料损失量总和；∑G5：——物料积累量总和。
当系统内物料积累量为零时，上式可以写成：∑G1=∑G2+∑G3物料衡算是所有工艺计算的基础，通过物料衡算可确定设备容积、台数、主要尺寸，同时可进行热量衡算、管路尺寸计算等。
物料衡算的基准(1)对于间歇式操作的过程，常采用一批原料为基准进行计算。
(2)对于连续式操作的过程，可以采用单位时间产品数量或原料量为基准进行计算。
物料衡算的结果应列成原材料消耗定额及消耗量表。
消耗定额是指每吨产品或以一定量的产品(如每千克针剂、每万片药片等)所消耗的原材料量；而消耗量是指以每年或每日等时间所消耗的原材料量。
制剂车间的消耗定额及消耗量计算时应把原料、辅料及主要包装材料一起算入。
热量衡算制药生产过程中包含有化学过程和物理过程，往往伴随着能量变化，因此必须进行能量衡算。
又因生产中一般无轴功存在或轴功相对来讲影响较小，因此能量衡算实质上是热量衡算。
生产过程中产生的热量或冷量会使物料温度上升或下降，为了保证生产过程在一定温度下进行，则外界须对生产系统有热量的加入或排除。
通过热量衡算，对需加热或冷却设备进行热量计算，可以确定加热或冷却介质的用量，以及设备所需传递的热量。
热量衡算的基础热量衡算按能量守恒定律“在无轴功条件下，进入系统的热量与离开热量应该平衡”，在实际中对传热设备的衡算可由下式表示Q 1+Q 2+Q 3=Q 4+Q 5+Q 6 （1—1）式中： Q 1—所处理的物料带入设备总的热量，KJ;Q 2—加热剂或冷却剂与设备和物料传递的热量（符号规定加热剂加入热量为“+”，冷却剂吸收热量为“-”），KJ;Q 3—过程的热效率，（符号规定过程放热为“+”；过程吸热为“-”）Q 4—反应终了时物料的焓（输出反应器的物料的焓）Q 5—设备部件所消耗的热量，KJ;Q 6—设备向四周散失的热量，又称热损失,KJ;热量衡算的基准可与物料衡算相同，即对间歇生产可以以每日或每批处理物料基准。
人教版化学选修四《化学反应热的计算》课件
2．特点 (1)反应的热效应只与 始态 、 有关，与 终态 途径 无关。 (2) 反应热总值一定，如下图表示始态到终态的反应热。
则ΔH＝ ＝ 。 ΔH3＋ΔH4＋ΔH5 ΔH1＋ΔH2 3．意义 利用盖斯定律，可以间接计算难以直接测定的反应热。
盖斯定律的应用 (1)盖斯定律的应用方法 ①常用方法 a．虚拟路径法 若反应物A变为生成物D，可以有两种途径： (a)由A直接变成D，反应热为ΔH； (b)由A经过B变成C，再由C变成D，每步的反应 热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3。
。
有关反应热的计算 (1)依据 ①热化学方程式与数学上的方程式相似，可以 移项同时改变正负号，各项的化学计量数包括 ΔH的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数。 ②根据盖斯定律，可以将两个或两个以上的热 化学方程式包括其 ΔH 相加或相减，得到一个 新的热化学方程式。 ③可燃物完全燃烧产生的热量＝可燃物的物质 的量×其燃烧热
1．(2011·广州高二检测)S(单斜)和S(正交)是硫 的两种同素异形体。 已知：①S(单斜，s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH1＝ －297.16 kJ·mol－1
②S( 正 交 ， s) ＋ O2(g)===SO2(g) 296.83 kJ·mol－1 ③S(单斜，s)===S(正交，s) ΔH3 下列说法正确的是( ) ΔH2 ＝ －
(3) 热化学方程式与数学上的方程式相似，可以 移项同时改变正负号，各项的化学计量数包括 ΔH的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数。 (4)多个热化学方程式可以相加或相减，ΔH也进 行相应的相加或相减，得到一个新的热化学方 程式。 (5)热化学方程式中的反应热是指反应按照所给 形式完全进行时的反应热。
2．计算方法 如已知 (1)C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ/mol 1 (2)CO(g)＋ O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－283.0 kJ/mol 2 1 若C(s)＋ O2(g)===CO(g)的反应热为ΔH，则 2
反应热的测量和计算
化学键断裂时吸收总能量= 化学键形成时放出总能量=
679kJ 862kJ
ΔH＝[436kJ/mol＋243kJ/mol]－ 431kJ/mol×2＝－183kJ/mol
从键能角度看：
ΔH＝反应物总键能－生成物总键能
反应物分子断键时吸收的能量
〈
生成物分子成键时释放的能量
放热反应
反应物分子断键时吸收的能量
一、反应热的测量 1．中和反应反应热的实验测定
（1）实验药品： 50 mL、0.50 mol/L的盐酸和
50 mL、0.50 mol/L氢氧化钠溶液
（2）实验仪器： 简易量热计 量筒 （50 mL）两个
⑶实验原理：
ΔH=
－
4.18 m△t×10-3 0.025
kJ/mol
(4)实验步骤： a、药品取用
出的热量
，(填“相等”或“不相等”)。
(5)用相环同形浓玻度璃和搅体拌积棒的氨水代替NaOH溶液进行上述实验，测得的中和热的数值会
；用50 mL 0．50
mol/L NaOH溶液进行上述实验，测得的中和热的防数止值热会量损失 。(均填“偏大”、“偏小”或“无影响”)
偏小
偏小
偏小
不相等
问题讨论：
是不是任一反应的反应热均能直接测出?
如何理解盖斯定律？
ΔH A
ΔH1
ΔH2
C
B ΔH、ΔH1、ΔH2之间有何关系？
ΔH=ΔH1+ΔH2
2、计算 （1）若一个反应的焓变△H=a kJ·mol1，则其逆反
应的焓变△H=-a kJ·mol1 （2）若一个化学反应方程式可由另外几个反应
的化学方程式相加减而得到，则该反应的 焓变亦可以由这几个反应的焓变相加减而 得到。
化工设计之物料衡算及热量衡算
化工设计之物料衡算及热量衡算化工设计中的物料衡算和热量衡算是非常重要的步骤，可以帮助工程师确定所需的原料数量和能源消耗。
本文将讨论物料衡算和热量衡算的原理、方法和应用。
一、物料衡算物料衡算是指根据化工过程的原理和条件，计算出所需原料的数量。
1.原料衡算的原理在化工过程中，根据反应式、反应的平衡常数、物料的摩尔平衡和原料的纯度等信息，可以得出原料的物质平衡方程。
2.原料衡算的方法（1）平衡更新法：根据反应式及其他物质平衡方程，利用线性方程组求解方法，逐步逼近平衡条件，得出原料数量的近似解。
（2）摩尔关系法：利用反应的摩尔比例来计算原料的摩尔数量。
根据反应的平衡常数和其他物质平衡方程，可以得到原料的摩尔数量。
3.原料衡算的应用物料衡算在化工过程中有广泛的应用。
例如，在合成反应中，根据反应需求，确定所需原料的摩尔数量；在萃取过程中，根据溶剂和溶质的摩尔比例，计算溶液中的溶质浓度。
二、热量衡算热量衡算是指根据化工过程的热力学原理和条件，计算出所需的能量消耗。
1.热量衡算的原理根据热力学定律，可以计算化学反应的焓变，并以此来确定反应所需的热量。
热量衡算也需要考虑其他因素，如物料的温度、压力变化等。
2.热量衡算的方法（1）焓变法：根据反应的焓变和反应的摩尔比例，计算出反应所需的热量。
焓变可以通过实验测量或热力学数据库来获取。
（2）能量平衡法：考虑物料流动和热交换等因素，通过能量平衡方程求解，计算出能量的输入和输出。
3.热量衡算的应用热量衡算在化工过程中的应用非常广泛。
例如，在高温燃烧反应中，需要计算反应所需的燃料气体的热量；在蒸汽发生器中，需要计算蒸汽的产生量和燃料的热量供应。
物料衡算和热量衡算是化工设计中不可或缺的两个步骤，可以帮助工程师确定原料的用量和能量消耗，从而优化过程设计、提高生产效率和节约能源。
在进行衡算时，需要准确地获取物料的性质数据，合理地选择计算方法，并考虑到实际操作条件的变化，以保证设计结果的可靠性和实用性。
反应热量衡算-4.18
2.热量衡算主要对氯化反应器进行热量衡算，通过衡算，可以确定塔顶排出的汽化苯的量。
本衡算中，为计算方便，取进料中H 2和Cl 2温度同为25℃，取出料中氯化液的温度和塔顶排出气体的温度同为81℃。
2.1 反应器热量衡算中所使用到的数据参考葛化厂资料，画出反应器热量衡算图:81℃） (30℃) (81℃) 图2-1 反应器热量衡算图考虑到本衡算中是多处进料和多处出料，并且温度也有差异，故对液体物料取25℃液相为计算基准，氯气、氯化氢等气体物料取25℃汽相为计算基准。
应用下面形式的热衡算方程[8]：Q 1+Q 2+Q 3=Q 4+Q 5+Q 6+Q 7 （2-1）式中 Q 1 ——物料带入热；Q 2 ——过程放出的热； Q 3 ——从加热介质获得的热； Q 4 ——物料带出热； Q 5 ——冷却介质带出的热； Q 6 ——过程吸收的热； Q 7 ——热损失，一般取5%Q 2。
本衡算中，经过分析可知Q 3(从加热介质获得的热)，Q 5(冷却介质带出的热)以及Q 6(过程吸收的热)都可以取0，于是该热衡算方程可简化为：Q 1+Q 2=Q 4+Q 7。
查得：物质的液体热容温度关联式系数[9]：C pl =A+BT+CT 2+DT 3表2-1 物质的液体热容温度关联式系数表物质的理想气体热容温度关联式系数[10]:C p =a 0+a 1T+a 2T 2+a 3T 3+a 4T 4 苯在25℃下的气化热：△v H 298，苯= 33.6KJ/mol，T c 苯=562.05K;表2-2 物质的理想气体热容温度关联式系数表物质的标准生成热：△f H 298，苯（l ）=48.99KJ/mol ，△f H 298，氯苯（l ）=11.0 KJ/mol ，△f H 298，氯化氢（g ）=-92.3 KJ/mol ，△f H 298，氯气（g ）=0, △f H 298，二氯苯（l ）= -17.5KJ/mol.根据物料衡算，结果列于表2-3中：2.2 物料带入热Q 1的热量衡算分别取25℃液相和25℃汽相为计算基准，有：①进料苯：Q进料苯=0②循环苯：Q循环苯=n循环苯∫303298C p苯dT=n循环苯[119.1207×(303-298)－9.995542×10-2×(3032-2982)／2＋5.251917×10﹣4×(3033-2983)／3]= n循环苯×682.55=682.55×n循环苯③进料Cl2：Q进料Cl2=0④进料H2：Q 进料H2=0则：Q1 =Q进料苯+ Q循环苯+ Q进料Cl2+ Q 进料H2=0+682.55×n循环苯+0=682.55×n循环苯2.3 物料带出热Q4的热量衡算分别取25℃液相和25℃汽相为计算基准，有：2.3.1 出料氯化液的热衡算①氯化液中的苯：Q氯化液中的苯=n氯化液中的苯∫354C p苯dT=32.88×[119.1207×(354-298)－9.995542×10-2×(3542-2982)／2＋5.251917×10﹣4×(3543-2983)／3]= (32.88×7979.3)KJ/h=2.624×105KJ/h②氯化液中的氯苯：Q氯化液中的氯苯=n氯化液中的氯苯∫354C p氯苯dT=9.958×[64.358×(354-298)＋61.902×10-2×(3542-2982)／2－16.346×10﹣4×(3543-2983)／3＋1.8478×10﹣6×(3544-2984)／4]=（9.958×8764.2)KJ/h=8.727×104 KJ/h③氯化液中的二氯苯（取邻位）：Q氯化液中的二氯苯=n氯化液中的二氯苯∫354C p二氯苯dT =0.254×[68.542×(354-298)＋7.7568×10-1×(3542-2982)／2－1.838×10﹣3×(3543-2983)／3＋1.8585×10﹣6×(3544-2984)／4]=（0.254×10665.9)KJ/h= 2.709.×103KJ/h④氯化液中的HCl：Q氯化液中的HCl= n氯化液中的HCl∫354C p HCl dT=0.205×[3.827×(354-298)－2.936×10-3×(3542-2982)／2＋0.879×10﹣5×(3543-2983)／3－1.031×10﹣8×(3544-2984)／4＋0.439×10﹣11×(3545-2985)／5﹚]=(0.205×8764.2)KJ/h =40.28KJ/h⑤氯化液中的Cl2：Q氯化液中的Cl2= n氯化液中的Cl2∫354C p Cl2dT=0.005×[3.0560×(354-298)＋5.3708×10-3×(3542-2982)／2－0.8098×10﹣5×(3543-2983)／3＋0.5693×10﹣8×(3544-2984)／4－0.15256×10﹣11×(3545-2985)／5﹚]=(0.005×231.02)KJ/h=1.155KJ/h2.3.2 塔顶排出气体的热衡算①塔顶气化苯：由△v H298，苯=33.6KJ/mo，T c苯=562.05K及公式T r=T/T c：△v H354，苯气化/△v H298，苯气化=(1-T r苯81℃/1-T r苯25℃)0.38得：△v H354，苯气化=[(1-354/562.05)/(1-298/562.05)]0.38×33.6=30.69KJ/mol∫354C p苯dT=[119.1207×(354-298)－9.995542×10-2×(3542-2982)／2＋5.251917×10﹣4×(3543-2983)／3]=7979.3J/mol则：Q塔顶气化苯=n塔顶气化苯×△v H354，苯气化+ n塔顶气化苯×∫354C p苯dT= (n循环苯/0.97)×30.69×103+(n循环苯/0.97)×7979.3= n循环苯×3.987×104=(3.987×104)n循环苯②塔顶HCl：Q塔顶HCl=n塔顶HCl∫354C p HCl dT=10.26×[3.827×(354-298)－2.936×10-3×(3542-2982)／2＋0.879×105(3543-2983)／3－1.031×10﹣8×(3544-2984)／4＋0.439×10﹣11×(3545-2985)／5﹚] =( 10.26×196.48 )KJ/h =2.009×103KJ/h③塔顶Cl2：Q氯化液中的Cl2= n氯化液中的Cl2∫354C p Cl2dT=0.039×[3.0560×(354-298)＋5.3708×10-3×(3542-2982)／2－0.8098×10﹣5×(3543-2983)／3＋0.5693×10﹣8×(3544-2984)／4－0.15256×10﹣11×(3545-2985)／5﹚]=9.010KJ/h④塔顶H2: Q塔顶H2=n塔顶H2∫354C p H2dT=11.58×[2.8833×(354-298)＋3.6807×10-3×(3542-2982)／2－0.7720×10﹣5×(3543-2983)／3＋0.6915×10﹣8(3544-2984)／4－0.2125×10﹣11(3545-2985)／5]=2.255×103KJ/h则：Q4= Q氯化液中的苯+ Q氯化液中的氯苯+Q氯化液中的二氯苯+ Q氯化液中的Cl2+ Q氯化液中的HCl+ Q塔顶气化苯+ Q + Q氯化液中的Cl2+ Q塔顶H2塔顶HCl=2.624×105+8.727×105+2.709.×103+40.28+1.155+(3.987×104)n循环苯+2.016×103+9.010+2.255×103=3.567×105+(3.987×104)n循环苯2.4 过程放出热Q2的热量衡算过程放出的热量可通过下式进行计算：Q2=（-△H主反应）+ （-△H副反应）分别计算出主反应的反应热△H主反应和副反应的反应热△H副反应2.4..1 主反应的反应热△H主反应对主反应可以假设如下热力学途径：反应物料在354K下降到298K，在298K下进行化学反应，反应后的物料再从298K升温到354K：△H主反应(354K) C6H6(l)+Cl2（g）C6H5Cl(l)+HCl（g）(354K)△H主1 △H主2△H主r，25℃(298K) C6H6(l)+Cl2（g）C6H5Cl(l)+HCl（g）(298K)①以354K下的物料为初状态，298K下物料为末状态，进行计算△H主1：△H主1=n反应苯∫298C p苯dT+n反应Cl2∫298C p Cl2dT则：n反应苯∫298C p苯dT=9.958×(-7979.3)=-7.946×104 KJ/hn反应Cl2∫354C p Cl2dT=9.958×(-231.02)=-2.300×103 KJ/h△H主1=n反应苯∫298C p苯dT+n反应Cl2∫298C p Cl2dT=-7.946×104 -2.300×103 = -8.176×104 KJ/h②298K下化学反应的反应热为：△H主r，25℃= n氯苯△f H298，氯苯（l）+ n HCl△f H298，HCl（g）- n苯△f H298，苯(l)- n Cl2△f H298，Cl2 =9.958×103×(11-92.3-48.99-0)= -1.297×106 KJ/h（g）③以298K下反应产物为初状态，354K下反应产物为末状态，进行计算△H主2：△H主2=n生成氯苯∫354C p氯苯dT+n生成HCl∫354C p HCl dT则:n生成氯苯∫354C p氯苯dT =9.958×8764.2=8.727×104 KJ/hn生成HCl∫354C p HCl dT= 9.958×196.48=1.957×103 KJ/h△H主2= n生成氯苯∫354C p氯苯dT+ n生成HCl∫354C p HCl dT=8.727×104+1.957×103=8.923×104 KJ/h则: △H主反应=△H主1+△H主r，25℃+△H主2= -8.176×104-1.297×106+8.923×104 =-1.290×106 KJ/h2.4.2 副反应的反应热△H副反应对副反应可以假设如下热力学途径：反应物料在354K下降温到298K，在298K下进行化学反应，反应后的物料再从298K升温到354K：△H主反应354K C6H6(l)+2Cl2（g）C6H4Cl2(l)+2HCl（g）354K△H副1 △H副2△H副r，25℃298K C6H6(l)+2Cl2（g）C6H4Cl2(l)+2HCl（g）298K①以354K下的物料为初状态，298K下物料为末状态进行计算△H主1：△H副1=n反应苯∫298C p苯dT+2n反应Cl2∫298C p Cl2dTn反应苯∫298C p苯dT=0.254×(-7979.3)=-2.027×103 KJ/hn反应Cl2∫354C p Cl2dT=0.254×2×(-231.03)=-1.174×102 KJ/h△H副1=n反应苯∫298C p苯dT+n反应Cl2∫298C p Cl2dT=-2.027×103-1.174×102 =-2.144×103 KJ/h②298K温度下化学反应的反应热为：△H副r，25℃=n二氯苯（l）△f H298，二氯苯（l）+n HCl（g）△f H298，HCl（g）-n苯(l)△f H298，苯(l)-n Cl2（g）△f H298，Cl2（g）=[0.254×(-17.5) +2×0.254×(-92.3)-0.254×48.990-0]×103= -6.378×104 KJ/h氯苯③以298K下反应产物为初状态，354K下反应产物为末状态，进行计算△H副2：△H副2=n生成二氯苯∫354C p二氯苯dT+2生成HCl∫354C p HCl dTn生成邻二氯苯∫354C p邻二氯苯dT =0.254×10665.9=2.709×103 KJ/h2n生成HCl∫354C p HCl dT=2×0.254×196.48=99.81 KJ/h△H副2= n l生成氯苯∫354C p氯苯dT+ n生成HCl∫354C p HCl dT= 2.709×103+99.81= 2.809×103 KJ/h则: △H副反应=△H副1+△H副r，25℃+△H副2=-2.144×103 -6.378×104+ 2.809×103= -6.312×104 KJ/hQ2 =（-△H主反应）+ （-△H副反应）=1.290×106+6.312×104=1.353×106KJ/h2.5 热损失Q7的热量衡算根据经验，取反应热的5%为热损失，则：Q7=5%Q2=0.05×1.353×106 = 6.765×104KJ/h2.6 总热量衡算由热量衡算方程:Q1+Q2= Q4+Q7，带入数据得：682.55×n循环苯+1.353×106=3.567×105+(3.987×104)n循环苯+6.765×104n循环苯=23.70最后相对误差为（23.70 – 18.60）/18.60×100%= 27.42%表2-4 热量衡算总表参考文献[8] 黄璐、王保国、化工设计、北京：化学工业出版社，2001:174-401[9] 马沛生、有机化合物实验性数据手册、北京：化学工业出版社，2006：427-556[10] 马沛生、化工热力学、北京：化学工业出版社，2005：347-380[11] 张濂、许志美、化学反应器分析、上海：华东理工大学出版社，2005：11-304。
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2.热量衡算主要对氯化反应器进行热量衡算，通过衡算，可以确定塔顶排出的汽化苯的量。
本衡算中，为计算方便，取进料中H 2和Cl 2温度同为25℃，取出料中氯化液的温度和塔顶排出气体的温度同为81℃。
2.1 反应器热量衡算中所使用到的数据参考葛化厂资料，画出反应器热量衡算图:81℃） (30℃) (81℃) 图2-1 反应器热量衡算图考虑到本衡算中是多处进料和多处出料，并且温度也有差异，故对液体物料取25℃液相为计算基准，氯气、氯化氢等气体物料取25℃汽相为计算基准。
应用下面形式的热衡算方程[8]：Q 1+Q 2+Q 3=Q 4+Q 5+Q 6+Q 7 （2-1）式中 Q 1 ——物料带入热；Q 2 ——过程放出的热； Q 3 ——从加热介质获得的热； Q 4 ——物料带出热； Q 5 ——冷却介质带出的热； Q 6 ——过程吸收的热； Q 7 ——热损失，一般取5%Q 2。
本衡算中，经过分析可知Q 3(从加热介质获得的热)，Q 5(冷却介质带出的热)以及Q 6(过程吸收的热)都可以取0，于是该热衡算方程可简化为：Q 1+Q 2=Q 4+Q 7。
查得：物质的液体热容温度关联式系数[9]：C pl =A+BT+CT 2+DT 3表2-1 物质的液体热容温度关联式系数表物质的理想气体热容温度关联式系数[10]:C p =a 0+a 1T+a 2T 2+a 3T 3+a 4T 4 苯在25℃下的气化热：△v H 298，苯= 33.6KJ/mol，T c 苯=562.05K;表2-2 物质的理想气体热容温度关联式系数表物质的标准生成热：△f H 298，苯（l ）=48.99KJ/mol ，△f H 298，氯苯（l ）=11.0 KJ/mol ，△f H 298，氯化氢（g ）=-92.3 KJ/mol ，△f H 298，氯气（g ）=0, △f H 298，二氯苯（l ）= -17.5KJ/mol.根据物料衡算，结果列于表2-3中：2.2 物料带入热Q 1的热量衡算分别取25℃液相和25℃汽相为计算基准，有：①进料苯：Q进料苯=0②循环苯：Q循环苯=n循环苯∫303298C p苯dT=n循环苯[119.1207×(303-298)－9.995542×10-2×(3032-2982)／2＋5.251917×10﹣4×(3033-2983)／3]= n循环苯×682.55=682.55×n循环苯③进料Cl2：Q进料Cl2=0④进料H2：Q 进料H2=0则：Q1 =Q进料苯+ Q循环苯+ Q进料Cl2+ Q 进料H2=0+682.55×n循环苯+0=682.55×n循环苯2.3 物料带出热Q4的热量衡算分别取25℃液相和25℃汽相为计算基准，有：2.3.1 出料氯化液的热衡算①氯化液中的苯：Q氯化液中的苯=n氯化液中的苯∫354C p苯dT=32.88×[119.1207×(354-298)－9.995542×10-2×(3542-2982)／2＋5.251917×10﹣4×(3543-2983)／3]= (32.88×7979.3)KJ/h=2.624×105KJ/h②氯化液中的氯苯：Q氯化液中的氯苯=n氯化液中的氯苯∫354C p氯苯dT=9.958×[64.358×(354-298)＋61.902×10-2×(3542-2982)／2－16.346×10﹣4×(3543-2983)／3＋1.8478×10﹣6×(3544-2984)／4]=（9.958×8764.2)KJ/h=8.727×104 KJ/h③氯化液中的二氯苯（取邻位）：Q氯化液中的二氯苯=n氯化液中的二氯苯∫354C p二氯苯dT =0.254×[68.542×(354-298)＋7.7568×10-1×(3542-2982)／2－1.838×10﹣3×(3543-2983)／3＋1.8585×10﹣6×(3544-2984)／4]=（0.254×10665.9)KJ/h= 2.709.×103KJ/h④氯化液中的HCl：Q氯化液中的HCl= n氯化液中的HCl∫354C p HCl dT=0.205×[3.827×(354-298)－2.936×10-3×(3542-2982)／2＋0.879×10﹣5×(3543-2983)／3－1.031×10﹣8×(3544-2984)／4＋0.439×10﹣11×(3545-2985)／5﹚]=(0.205×8764.2)KJ/h =40.28KJ/h⑤氯化液中的Cl2：Q氯化液中的Cl2= n氯化液中的Cl2∫354C p Cl2dT=0.005×[3.0560×(354-298)＋5.3708×10-3×(3542-2982)／2－0.8098×10﹣5×(3543-2983)／3＋0.5693×10﹣8×(3544-2984)／4－0.15256×10﹣11×(3545-2985)／5﹚]=(0.005×231.02)KJ/h=1.155KJ/h2.3.2 塔顶排出气体的热衡算①塔顶气化苯：由△v H298，苯=33.6KJ/mo，T c苯=562.05K及公式T r=T/T c：△v H354，苯气化/△v H298，苯气化=(1-T r苯81℃/1-T r苯25℃)0.38得：△v H354，苯气化=[(1-354/562.05)/(1-298/562.05)]0.38×33.6=30.69KJ/mol∫354C p苯dT=[119.1207×(354-298)－9.995542×10-2×(3542-2982)／2＋5.251917×10﹣4×(3543-2983)／3]=7979.3J/mol则：Q塔顶气化苯=n塔顶气化苯×△v H354，苯气化+ n塔顶气化苯×∫354C p苯dT= (n循环苯/0.97)×30.69×103+(n循环苯/0.97)×7979.3= n循环苯×3.987×104=(3.987×104)n循环苯②塔顶HCl：Q塔顶HCl=n塔顶HCl∫354C p HCl dT=10.26×[3.827×(354-298)－2.936×10-3×(3542-2982)／2＋0.879×105(3543-2983)／3－1.031×10﹣8×(3544-2984)／4＋0.439×10﹣11×(3545-2985)／5﹚] =( 10.26×196.48 )KJ/h =2.009×103KJ/h③塔顶Cl2：Q氯化液中的Cl2= n氯化液中的Cl2∫354C p Cl2dT=0.039×[3.0560×(354-298)＋5.3708×10-3×(3542-2982)／2－0.8098×10﹣5×(3543-2983)／3＋0.5693×10﹣8×(3544-2984)／4－0.15256×10﹣11×(3545-2985)／5﹚]=9.010KJ/h④塔顶H2: Q塔顶H2=n塔顶H2∫354C p H2dT=11.58×[2.8833×(354-298)＋3.6807×10-3×(3542-2982)／2－0.7720×10﹣5×(3543-2983)／3＋0.6915×10﹣8(3544-2984)／4－0.2125×10﹣11(3545-2985)／5]=2.255×103KJ/h则：Q4= Q氯化液中的苯+ Q氯化液中的氯苯+Q氯化液中的二氯苯+ Q氯化液中的Cl2+ Q氯化液中的HCl+ Q塔顶气化苯+ Q + Q氯化液中的Cl2+ Q塔顶H2塔顶HCl=2.624×105+8.727×105+2.709.×103+40.28+1.155+(3.987×104)n循环苯+2.016×103+9.010+2.255×103=3.567×105+(3.987×104)n循环苯2.4 过程放出热Q2的热量衡算过程放出的热量可通过下式进行计算：Q2=（-△H主反应）+ （-△H副反应）分别计算出主反应的反应热△H主反应和副反应的反应热△H副反应2.4..1 主反应的反应热△H主反应对主反应可以假设如下热力学途径：反应物料在354K下降到298K，在298K下进行化学反应，反应后的物料再从298K升温到354K：△H主反应(354K) C6H6(l)+Cl2（g）C6H5Cl(l)+HCl（g）(354K)△H主1 △H主2△H主r，25℃(298K) C6H6(l)+Cl2（g）C6H5Cl(l)+HCl（g）(298K)①以354K下的物料为初状态，298K下物料为末状态，进行计算△H主1：△H主1=n反应苯∫298C p苯dT+n反应Cl2∫298C p Cl2dT则：n反应苯∫298C p苯dT=9.958×(-7979.3)=-7.946×104 KJ/hn反应Cl2∫354C p Cl2dT=9.958×(-231.02)=-2.300×103 KJ/h△H主1=n反应苯∫298C p苯dT+n反应Cl2∫298C p Cl2dT=-7.946×104 -2.300×103 = -8.176×104 KJ/h②298K下化学反应的反应热为：△H主r，25℃= n氯苯△f H298，氯苯（l）+ n HCl△f H298，HCl（g）- n苯△f H298，苯(l)- n Cl2△f H298，Cl2 =9.958×103×(11-92.3-48.99-0)= -1.297×106 KJ/h（g）③以298K下反应产物为初状态，354K下反应产物为末状态，进行计算△H主2：△H主2=n生成氯苯∫354C p氯苯dT+n生成HCl∫354C p HCl dT则:n生成氯苯∫354C p氯苯dT =9.958×8764.2=8.727×104 KJ/hn生成HCl∫354C p HCl dT= 9.958×196.48=1.957×103 KJ/h△H主2= n生成氯苯∫354C p氯苯dT+ n生成HCl∫354C p HCl dT=8.727×104+1.957×103=8.923×104 KJ/h则: △H主反应=△H主1+△H主r，25℃+△H主2= -8.176×104-1.297×106+8.923×104 =-1.290×106 KJ/h2.4.2 副反应的反应热△H副反应对副反应可以假设如下热力学途径：反应物料在354K下降温到298K，在298K下进行化学反应，反应后的物料再从298K升温到354K：△H主反应354K C6H6(l)+2Cl2（g）C6H4Cl2(l)+2HCl（g）354K△H副1 △H副2△H副r，25℃298K C6H6(l)+2Cl2（g）C6H4Cl2(l)+2HCl（g）298K①以354K下的物料为初状态，298K下物料为末状态进行计算△H主1：△H副1=n反应苯∫298C p苯dT+2n反应Cl2∫298C p Cl2dTn反应苯∫298C p苯dT=0.254×(-7979.3)=-2.027×103 KJ/hn反应Cl2∫354C p Cl2dT=0.254×2×(-231.03)=-1.174×102 KJ/h△H副1=n反应苯∫298C p苯dT+n反应Cl2∫298C p Cl2dT=-2.027×103-1.174×102 =-2.144×103 KJ/h②298K温度下化学反应的反应热为：△H副r，25℃=n二氯苯（l）△f H298，二氯苯（l）+n HCl（g）△f H298，HCl（g）-n苯(l)△f H298，苯(l)-n Cl2（g）△f H298，Cl2（g）=[0.254×(-17.5) +2×0.254×(-92.3)-0.254×48.990-0]×103= -6.378×104 KJ/h氯苯③以298K下反应产物为初状态，354K下反应产物为末状态，进行计算△H副2：△H副2=n生成二氯苯∫354C p二氯苯dT+2生成HCl∫354C p HCl dTn生成邻二氯苯∫354C p邻二氯苯dT =0.254×10665.9=2.709×103 KJ/h2n生成HCl∫354C p HCl dT=2×0.254×196.48=99.81 KJ/h△H副2= n l生成氯苯∫354C p氯苯dT+ n生成HCl∫354C p HCl dT= 2.709×103+99.81= 2.809×103 KJ/h则: △H副反应=△H副1+△H副r，25℃+△H副2=-2.144×103 -6.378×104+ 2.809×103= -6.312×104 KJ/hQ2 =（-△H主反应）+ （-△H副反应）=1.290×106+6.312×104=1.353×106KJ/h2.5 热损失Q7的热量衡算根据经验，取反应热的5%为热损失，则：Q7=5%Q2=0.05×1.353×106 = 6.765×104KJ/h2.6 总热量衡算由热量衡算方程:Q1+Q2= Q4+Q7，带入数据得：682.55×n循环苯+1.353×106=3.567×105+(3.987×104)n循环苯+6.765×104n循环苯=23.70最后相对误差为（23.70 – 18.60）/18.60×100%= 27.42%表2-4 热量衡算总表参考文献[8] 黄璐、王保国、化工设计、北京：化学工业出版社，2001:174-401[9] 马沛生、有机化合物实验性数据手册、北京：化学工业出版社，2006：427-556[10] 马沛生、化工热力学、北京：化学工业出版社，2005：347-380[11] 张濂、许志美、化学反应器分析、上海：华东理工大学出版社，2005：11-304。