浓硫酸稀释热的热量衡算

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1、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：W125 98Z的确酸酸W3AII45tc 35XW2）r 水查硫酸工作手册（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 二 3.18 x 1831 二 5822.58kg /h稀释器的总质量平衡：W1 + W2二W3稀释器硫酸的平衡：0.98W 1二0.35W 3用W1二5822.58kg代入上面两方程解得：W2 = 10480.644kg / hW3 = 16303.224kg / h2、热量衡算固体、

2、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 C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25C，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1 kmol （有时用1 kg ）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 的函数。方

3、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算:Q 二 17860 X x 4.18681.798 + n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25C，此两次热量之差为Q 2 - Q1 =弟-飭)X 4.1868式中Q2

4、Q1-1mol硫酸放出的稀释热(J / mol)n1-浓度为x1时1mol硫酸所含有的水的摩尔数n2-浓度为x2时1mol硫酸所含有的水的摩尔数具体计算如下：,1000 x 0.02/18 c98%的浓硫酸对应的n1二二0.11111000 x 0.98/981000 x 0.65/1835%的稀硫酸对应的n2二二10.11111000 x 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25C时产生的稀释热:Q 2 Q1 =(17860 x n 21.7383 + n 217860 x n11.7983 + n1)x 4.186817860 x 心11 178

5、60 x O111 x 4.18681.7983 +10.11111.7983 x 0.1111 丿二 59134.2393J / molH SO24=59.1342KJ / molH SO24进而得在25C下98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并保持硫酸溶液温度为25C，每小时产生的稀释热为Q * = n x (Q2 - Q1)二5822.58 x 1000 x 0.9898x 59.1342 二 3443136.102KJ又查硫酸工作手册中表“硫酸和发烟硫酸的热焓量(以0C为基准)”并采用内插 法得25C时35%硫酸的热焓量为118 1 58 6H1 二x (25 20) + 58.6 二

6、73.475KJ / KG40 2045C时35%硫酸的热焓量为178 8 118 1 H 2 二x (45 40) +118.1 二 133.275 KJ / KG60 40热焓量之差为 VH 二 H2 H1 二 133.275 73.475 二 59.8KJ / KG最后得在25C下98%硫酸稀释为35%硫酸，并保持硫酸溶液为45C，每小时产生的稀 释热为Q = Q* W3 xVH 二 3443136.102 59.8 x 16303.224二 3443136.102 974932.7952二 2468203.307KJ方法二：实验数值査表法由硫酸工作手册中表“25C下硫酸溶解于水中的积分

7、溶解热Q和微分溶解热Q禹” 积微知25C时98%硫酸的积分溶解热Q = 37.263KJ / KGH SO积12 425C时35%硫酸的积分溶解热Q二683.70KJ / KGH SO积22 4从而得在25C下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并保持硫酸溶液为25C的的稀释热：Q 二 Q Q积1 积2二 5822.58 x 0.98 x (683.70 - 37.263)二 3688652.525KJ进而得在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 二 Q* - W3 xVH 二 3688652.525 - 59.8 x 16303.224二

8、2713719.73KJ方法三：修正的经验公式法由于汤姆逊曾提出的1 molH2 SO4溶于nom0lH O中时，放出稀释热的经验公式为小 17860 x n Q =亠x4.1868，经此经验公式得出的结果与实验值相比存在较大的偏差，最大1.7983 + n0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小 20050 x n 了修正，修正后的硫酸稀释热的公式为Q =0 x 4.1868，经此计算公式得出的结2.17 + n0果与实验值相比，准确性有明显的提咼，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；11000 x 0

9、.02/1898%的浓硫酸对应的n1二二O.HH1000 x 0.98/981000 x 0.65/1835%的稀硫酸对应的n2二二101111000 x 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 = Q 2 - Q1 =20050 x n2、2.17 + n220050 x n1 2.17 + n1 丿x 4.1868_( 20050 x10.111120050 x 0.1111 )x 彳 18682.17 +10.1111 - 2.17 + 0.1111 x .=(16507.2799 976.5267 )x 4.186

10、8=15530.7532 x 4.1868=65024.1575J=65.0242KJ进而得在25C下把98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，使硫酸溶液保持在25C下，每小 时产生的稀释热为Q* 二 n x (Q2 - QI)5822.58 x 1000 x 0.9898x 65.0242 二 3786086.064KJ又查硫酸工作手册中表“硫酸和发烟硫酸的热焓量（以0C为基准）”并采用内插法得25C时35%硫酸的热焓量为118.1 - 58.640 - 20x (25 - 20) + 58.6 二73.475 KJ / KG45C时35%硫酸的热焓量为178 8 118 1H 2 二-16- x

11、 (45 - 40)+1181 二133275 KJ/ KG热焓量之差为 vH 二 H2 H1 二 133.275 73.475 二 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 xVH 二 3786086.064 - 59.8 x 16303.224二 3786086.064 - 974932.7952二 2811153.269 KJ3、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:x 100% =

12、9.05%2468203.307 - 2713719.732713719.73用方法三计算得出的结果的偏差为:x 100% = +3.59%2811153.269 - 2713719.732713719.73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硫酸浓度（）实验数值查表法计算所得稀释热（kj / kg）汤姆逊经验公式法计算所得稀释热（kj / kg）相对误差（）5754

13、.4614745.7947-1.148710746.9251735.4114-1.541515741.0636720.4645-2.779720731.8526704.2616-3.770025720.9670686.7608-4.744530704.6384667.8783-5.216935683.7044647.2793-5.327640660.2584624.8380-5.364645634.7189600.2196-5.435450606.2486573.0892-5.469655572.3356543.1117-5.106160536.3291509.7848-4.949365496

14、.9732472.5641-4.911570453.0118430.5286-4.963075405.7009382.9666-5.603780350.4352328.4126-6.284385279.2596265.3594-4.977590185.8939191.92293.24329592.9470105.633013.64869837.262544.338218.98889918.589422.587821.5090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，

15、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。下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 1眈时1泅硫酸(液)溶解于n0水中所产生的积分溶解热的实验值与计算值水摩尔数 n0积分溶解热Q (J / mol)实验数据查表值改进的经验公式计算值偏差(%)汤姆逊公式计算值偏差(%)0.0000000.11920967-5.1-120.2519202071-5.1-10.70.4333003316-0.5-4.50.6748904730+3.3+0.81.0067406325+6.2+5

16、.31.5086308195+5.0+5.92.331068010381+2.8+5.64.001301012998+0.1+5.39.001511016155-6.9+1.519.001690017995-6.5+3.5OO2020020050+0.7+11.6由表2知,硫酸的积分溶解热的改进的经验公式计算值较汤姆逊经验公式计算值的准确 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。