课程设计说明书
表 3-3还原釜液态有机物料的平均比热容表 [单位:kJ/(kg·℃)]
物质名称
异噁唑 1.26 甲苯 2.30 氨基酮 1.99 乙醇 2.31
② 气态物质的平均比热容: 需算平均比热容的物质有甲苯、乙醇、水。按式(3—9)计
算得:
Cp 甲苯=4.187×(2×15+3)/92.13=1.50 kJ/(kg·℃)
Cp 乙醇=4.187×(2×9+3)/46.07=1.91 kJ/(kg·℃)
Cp 水=4.187×(2×3+3)/18=2.09 kJ/(kg·℃)
③ 水溶液的平均比热容:
与缩合釜的碱液(70%)的平均比热容的计算一致,计算 12%的 FeCl2 水溶液的平均比热容为:
Cp12%=0.61×12%+(1-12%)=0.95 kJ/(kg·℃)
查《化学工艺设计手册》(下)得:
25℃时 30%盐酸水溶液的平均比热容为:Cp30%=2.60 kJ/(kg·℃)
19
温度 ℃ 20
1.26 2.46 2.14 2.33
1.27 2.94 2.57 2.42
25
40
1.28 3.58 3.15 2.53 60
1.31 4.70 4.16 2.73
95
课程设计说明书
④ 固态物质的平均比热容:
以氢氧化亚铁的平均比热容计算为例:
根据公式(3—12)及公式(3—11)计算得:
Cs=[25.953+(16.74+9.628×2) ]/89.86=0.88 kJ/(kg·℃)
依此类推算得缩合釜的其他固态物质的平均比热容如下所示:
铁粉:Cs=0.46 kJ/(kg·℃)
异噁唑:Cs=1.06 kJ/(kg·℃) 氨基酮:Cs=1.13 kJ/(kg·℃)
氯化亚铁:Cs=0.61 kJ/(kg·℃)
⑵ 汽化热的计算:
主要是甲苯和水汽化回流带热控温,其 95℃时汽化热按式(3—13)计算得: qvb=(-28.5) ×lg[500.51×0.68/(0.62×0.34)]=345.95 kJ/kg
查《化工原理》(上)得水 95℃时的汽化热为 2177.24 kJ/kg。
⑶ 固态物质的熔融热的计算:
主要是异噁唑的熔融热,其熔点为 117℃。
根据式(4—17)计算其熔融热分别为:
20
课程设计说明书
qF,异噁唑=(117+273.15)×46.0/229.67=95.57 kJ/kg。
⑷ 化合物的燃烧热及生成热的计算: 计算方法参照对氯硝基苯的燃烧热及生成热的计算
过程,得还原釜的物质的燃烧热及生成热表如下:
表 3-4 还原釜的物质的燃烧热及生成热表 [单位:kJ/mol]
物质名称 燃烧热 生成热 异噁唑 6322.16 -150.8 氨基酮 - 412.09 氢氧化亚铁 - -824.84 氯化亚铁 - -423.72 水 - -285.83 盐酸 - -167.28
【注】氢氧化亚铁、水、氯化亚铁、盐酸的生成热查《物理化学》(上)。
2、还原釜的热量衡算的计算过程
该过程只有一次温度变化,其间有化学反应热,甲苯和水汽化回流热,盐酸水溶液的
浓度变化热,故 Q3=Qc+Qp。各物料的进、出量见还原工段物料衡算表 3.11 中的相关数据。
① Q1 的计算:根据式(3—3)及以上表 4.8 所示 25℃时相关物料的平均比热容计算得:
Q1= ∑mtCp
21
课程设计说明书
=Q 异噁唑+Q 盐酸+Q 铁粉+Q 甲苯+Q 水
=940.4×1.06×25+197.45×2.60×25+471.33×0.46×25+1814.49×2.46×25 +1907.41×4.187×25 =354424.4217kJ
② Q3 的计算:忽略氯化亚铁水溶液的浓度变化热,只计算化学反应热、HCl 水溶液的浓度变化热及甲苯和水的汽化热.
QR=-(382.05×888.87/231.68-197.45×158.68/36.46) ×1000
=-606448.3736 kJ
盐酸水溶液的浓度变化热的计算:
设 HCl 的摩尔数为 m 摩尔,水的摩尔数为 n 摩尔,由 n/m 的值来查 HCl 水溶液
无限稀释热,再根据公式(3—18)求取 HCl 水溶液的浓度变化热,计算过程为:
30%的 HCl 水溶液的 n/m 值为:(70÷18)/(30÷36.46)=4.73
8%的 HCl 水溶液的 n/m 值为:(92÷18)/(8÷36.46)=23.29
查《药厂反应设备及车间工艺设计》(P206 表 6—3)得:
qs.30%=102.9 kJ/mol ; qs.8%=127.4 kJ/mol。
根据公式(4—18)计算 HCl 水溶液的浓度变化热为:
Qs=(127.4×70.00-102.9×70.00)×1000/36.46=47037.85 kJ
22
课程设计说明书
甲苯和水汽的汽化热的计算,回流量取二者投料总量的 5%,蒸汽中二者的量分配按二者在 95℃的饱和蒸汽压之比。95℃时二者的饱和蒸汽压分别为 65.33kPa、87.83 kPa,则总压强为 P 总=65.33+87.83=153.16 kPa。 Qvb=-(n1qvb1+n2qvb2)
=-(65.33×1814.49/92.13+87.83×1907.41/18) ×5%×3228.30/153.16
=-11164.7498 kJ 综合得:
Q3 =QR+Qs+Qvb
=-606448.3736+132680.3346+(-11164.7498)
=-1484932.7888 kJ
③ Q4 的计算:根据式(4—3)及以上表 4.8 所示 95℃时相关物料的平均比热容计算得:
Q4= ∑mtCp ,
, ,
, , ,
,
=Q 异噁唑+Q 铁粉+Q 氨基酮+Q 甲苯+Q 水+Q 氢氧化亚铁+Q 氯化亚铁
=59.25×95×1.31+140.45×95×0.46+888.87×95×4.16+1735.82×95×4.7+56.96×95×0.88+57.64×95×0.95 =1277056.8325kJ
④ Q5 与 Q6 的计算:根据经验,(Q5+Q6)一般为(Q4+Q5+Q6)的 5%~10%,在此, (Q5+Q6)取
23