浓硫酸稀释热热量衡算.docx

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25°C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 /hW3 16303.224kg /h2、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 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 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KJ / mol,KJ / kmol, KJ / kg 函数。

等单位表示显然，微分溶解热是浓度的函数，也是温度 的方法一：经验公式法由《硫酸工作手册》知，溶解 1mol 硫酸于 n mol 水所放出的积分溶解热可用下式计算：17860 n1.798 n4.1868式中 Q --硫酸的积分溶解热 (J /mol)；n--对于 1mol 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25°C下将浓度为每mol硫酸含nl 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Q2 Ql ( l7860 n2 l7860 nl) 4.l868n2 17860 n1式中Q2 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：…亠厶— 1000 0.02 / 1898%的浓硫酸对应的［°n1 0.11111000 0.65/1835%的稀硫酸对应的n2 10. 1111释热：Q2 Q1 (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25C时产生的稀空虽空0卫)4.18681.7383 n2 1.7983 n14.186817860 10.1111 17860 0.11111.798310.1111 1.7983 0.111159134.2393J / molH 2 SO4 59.1342KJ / molH 2 SO4进而得在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5822.58 1000 0.98Q n (Q2 Q1) 59.1342 3443136.102KJ98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 (25 20) 58.6 73.475KJ /KG40 2045C时35%硫酸的热焓量为178.8 118.1H 2 (45 40) 118.1 133.275KJ /KG60 40热焓量之差为 H H 2 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45C，每小时产生的稀释 热为Q Q* W3 H 3443136.102 59.8 16303.2243443136.102 974932.7952 2468203.307KJ方法二：实验数值查表法由《硫酸工作手册》中表“ 25C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25C时98%硫酸的积分溶解热Q积1 37・263KJ / KGH 2SO425°C时35%硫酸的积分溶解热Q积2 683・7°KJ /KGH 2S04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:Q Q积1 Q积25822.58 0.98 (683.70 37.263)3688652.525KJ进而得在25°C下把98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并是硫酸溶液为25°C，每小时产生 的 稀释热为Q Q* W3 H 3688652.525 59.8 16303.2242713719.73KJ方法三：修正的经验公式法由于汤姆逊曾提出的1 m°lH 2 SO4溶于nom°lH 2°中时，放出稀释热的经验公式为17860 n0Q 0 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， 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20050 n了修正，修正后的硫酸稀释热的公式为 Q 0 4.18680 ，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%面用修正的经验公式计算98%的浓硫酸对应的18 n11000 0.02 /1000 0.98/980.11111000 0.65/1835%的稀硫酸对应的 n2 1000 0.35 / 10.11119825C下，产生从而得在25C下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并使硫酸溶液保持在的 稀释热为：Q Q2 Q120050 n2 20050 n14.18682.17 n2 2.17 n120050 10.1111 20050 0.11112.17 10.1111 2.17 0.111116507.2799 976.5267 4.186815530.7532 4.1868 65024.1575J65.0242KJ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 25C下，每小 时产生的稀释热为n (Q2 Q1)5822.58 1000 0.989865.0242 3786086.064KJ又查《硫酸工作手册》中表“硫酸和发烟硫酸的热焓量(以 0°C为基准)”并采用内插法得25C时35%硫酸的热焓量为118.1 58.6H1 (25 20) 58.6 73.475KJ / KG40 2045C时35%硫酸的热焓量为178.8 118.1H 2 (45 40) 118.1 133.275KJ /KG60 40热焓量之差为 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 16303.2243786086.064 974932.7952 2811153.269KJ由结以上果三比种关较于积分溶解热的计算方法得出的数值结果并以基于实验数据查表法得3、三种方法计算硫酸稀释产生的稀释热的知， 出的计算结果为基准；用方法一计算得出的结果的偏差为：2468203.307 2713719.731 100% 9.05%2713719.73用方法三计算得出的结果的偏差为：2811153.269 2713719.732 100% 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 将用这两种方法计算纯别， 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（%）5754.4614745.7947T.148710746.9251735.4114T. 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. 949365496.9732472.5641—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，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 18°C时1 mol硫酸(液)溶解于n0mo1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+5.31.5086308195+5.0+5.92.331068010381+2.8+5.64.001301。