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在热量衡算过程中的 Q2,即设备热负荷，是衡算的主要目的。
3.1.3 热量平衡方程式中各热量项的计算
1. Q1与Q4
Q1与Q4均可用下式计算 Q1(Q4) = ∑mtCp kJ
式中 m – 输入（或输出）设备的物料量 kg； Cp – 物料的平均比热容 kJ/kg·℃ ； t – 物料的温度 ℃。
该式的计算基准是标准状态，即 0℃及 1.013×105Pa 时的状态。因为物料的比热容是温度的函数，上式中物料的比热容是指进、出口物料的定压平均比热容，对于进口物料取基准温度与物料进口温度的平均温度下的比热容；对于出口物料取基准温度与物料出口温度的平均温度下的比热容。对于不同物料的比热容可查《化学工程手册》（第 1 册）或《化学工艺设计手册》（下），若查不到，可根据《药厂反应设备及车间工艺设计》的相关公式[5][6]计算 。 2.过程热效应 Q3
化学过程的热效应包括化学反应热与状态变化热。纯物理过程只产生状态变化热。
在热量衡算中，过程热效应 Q3 的符号为：放热为正；吸热为负。 ⑴ 反应热 Qc
为计算各种温度下的反应热，规定当反应温度为 298K 及标准大气压时反应热的数值为标准反应热，习惯上用△H。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，为避免出错，现用符号 q r 表示标准反应热，放热为正，吸热为负， 则 q。r=△H。。标准反应热的数据可以在《化学工程手册》 （第一册）或《化学工艺设计手册》（下）中查到；当缺乏数据时用标准生成热或标准燃烧热求得。
表 3-1 元素标准燃烧热一览表
元素的燃烧热
元素的燃烧过程
元素的燃烧热
元素的燃烧过程
kJ/(g·atom)
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kJ/(g·atom)
C→CO2（气） 395.15 H→1/2H2O（液）143.15 F→HF（溶液）
316.52
Br→HBr（溶液）119.32
I→I（固） 0
N→1/2N2（气） 0
N→HNO3（溶液）205.57 S→SO2（气） 290.15 S→H2SO4（溶液） 886.8 P→P2O5（固） 765.8
Cl→1/2Cl2（气） 0 Cl→HCl（溶液）165.80 Br→1/2Br2（液） 0 Br→1/2Br2（气）-15.37
④ 不同温度下的反应热 qtr 的计算
在本设计中涉及到相变热、浓度变化热、结晶热、冷凝热等，其中结晶热可忽略不计，其他的状态变化热的计算见具体的衡算过程。 Q3 的计算公式
综合化学反应热效应（Qc）与状态变化热效应（Qp）的 Q3 的计算公式为
Q3 = Qc + Qp
3、Q5 与 Q6 的确定
根据前人的经验，（Q5+Q6）一般为（Q4+Q5+Q6）的 5%，只要计算出 Q4, 就可以确定（Q5+Q6）,从而计算出 Q2。但在设备选型中需对设备进行校核，以检验设备选型的正确与否。 4、Q2 的计算
由以上计算过程得到 Q1 、Q2 、Q3 、Q4 、Q5 、Q6 后，根据式（3-2）求出设备的热负荷 Q2。Q2 正值表示需对设备加热；负值表示需冷却。
(3-8)
3.2 热量衡算基础数据的计算和查取
在热量衡算中，大部分物料的物性常数可通过相关的物性常数手册查取，如《化 学工 程手册》（第 1 册），《化学工艺设计手册》（下）[9]。当遇到手册中数不 全
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的情况时，就需通过一些公式来估算这些物性常数。在本设计中涉及的物性计算有比热容、汽化热、熔融热、浓度变化热效应、燃烧热等，以下介绍他们的计算方法。
3.2.1 比热容的计算
本设计中气体的比热容都可查取，主要是一些液体和固体的比热难以查取。 1、气态物质的比热容的计算
对于压强低于 5×105Pa 的气体或蒸汽均可作理想气体处理，其定压比热容为
Cp=4.187·（2n + 3）/M kJ/（kg·℃）
式中 n—化合物分子中原子个数； M—化合物分子量。 2、液体的比热容的计算
大多数液体的比热容在 1.7～2.5 kJ/（kg·℃）之间，液体的比热容一般与压力无关，
随温度的上升而稍有增大。
⑴ 作为水溶液的比热容的计算，可先求出固体的比热容，再按下式计算：
C=Cs a+（1-a）
式中 C—水溶液的比热容 kJ/（kg·℃）； Cs—固体的比热容 kJ/（kg·℃）； a — 水溶液中固体的质量分率。
⑵、对于大多数的有机化合物，其比热容可利用《药厂反应设备及车间工艺设计》 （P208 表(6—4）求得。先根据化合物的分子结构，将各种基团结构的摩尔热 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。 3、固体的比热容的计算 ⑴ 元素的比热容的计算
Ce =Ca/A kJ/（kg·℃）
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（3-9）
（3—10）
(3—11)
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式中 Ca— 元素原子的比热容 kJ/（kg·℃），其值见表 3-2；
A—元素的原子量。
表 3-2 元素原子的比热容表
元素 Ca kJ/(kg·℃) 元素 Ca kJ/(kg·℃) 元素 Ca kJ/(kg·℃)
C 7.535 F 20.93 H 9.628 S 22.604 B 11.302 P 22.604 SI 15.907 O 16.74 其他 25.953
⑵ 化合物的比热容的计算 C=1/M ∑nCa kJ/（kg·℃） 式中 n—分子中同种元素原子数； M—化合物分子量；
(3—12)
(3-13)
Ca—元素的原子比热容 kJ/（kg·℃），其值见表 4.2。
3.2.2 汽化热的计算
任何温度、压强下，化合物的汽化热均可按下式计算： qv=(-28.5)lg｛PR ·TR·TC/［0.62·(1-TR)］｝kJ/kg 式中 PR — 对比压强（实际压强与临界压强之 比值）；
TR —对比温度（实际温度与临界温度之比值）； TC—临界温度 K 。
(3-14)
液体在沸点下的汽化热可按下式计算： qvb=Tb·(39.81 lg Tb-0.029Tb)/M kJ/kg 式中 Tb — 液体的沸点 K ； M —液体的分子量。
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3.3 还原工段的热量衡算
3.3.1、还原釜的热量衡算
根据工艺过程可知，还原釜的温度变化过程如下图所示：
95℃回流反应3h
分水出料 25℃ 进料
图 3.1 还原釜的温度变化过程图解
由还原釜的温度变化过程解图可知，还原釜的热量衡算只有一个过程，即物料由 25℃进料，升温至 95℃，反应 3h 为止，然后分水出料压滤。 1.该热量衡算涉及的基础数据的查取与计算 ⑴ 各种物质在不同温度下的平均比热容： ① 液态物质的平均比热容：
对照基准温度 0℃，各种物质的温度变化有 25℃、95℃。查《药厂反应设备及车间工艺设计》（P208 表 6—4）中的相关数据可得液态有机物的平均比热容。对于表中没有温度的数据，用两点插值法求出。其计算过程以对氯硝基苯在 68℃时平均比热容的计 算为例，得液态有机物的平均比热容表如下：
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