濃硫酸稀釋熱的熱量衡算

濃硫酸稀釋的熱量衡算1=11、物料衡算衡算基準(zhǔn)為小時。以W表示表示各股物流的質(zhì)量流量。流程示意圖：W1A稀V345x:35Xfi疏酸 ?a25t水查《硫酸工作手冊》（劉少武等編著、東南大學(xué)出版社）中的相關(guān)表格知25r的98%硫酸的密度是1.8310g/cm3，即1831kg/m3。其中w1=3.18x1831=5822.58kg/h稀釋器的總質(zhì)量平衡：W1+W2=W3稀釋器硫酸的平衡：0.98W1=0.35W3用W1=5822.58kg代入上面兩方程解得：W2=10480.644kg/hW3=16303.224kg/h2、熱量衡算固體、液體和氣體溶質(zhì)溶解于溶劑中吸收和放出的熱量稱為溶解熱，手冊給出的溶解熱數(shù)據(jù)中，有積分溶解熱與微分溶解熱。積分溶解熱：以硫酸溶解于水形成硫酸水溶液說明積分溶解熱的含義。在25°C下把1mol硫酸用水逐漸稀釋，在此過程中不斷取出所放出的熱量，使溶液溫度保持在25C，這個過程所放出的熱量稱為積分溶解熱。積分溶解熱是濃度的函數(shù)，也是溫度的函數(shù)。微分溶解熱：微分溶解熱系指1kmol（有時用1kg）溶質(zhì)溶解于含量為x的無限多的溶液中（即溶解后溶液的含量仍可視為x）時所放出的熱量，

KJ/KJ/mol,KJ/kmol,KJ/kg的函數(shù)。方法一：經(jīng)驗公式法由《硫酸工作手冊》知，溶解1mol硫酸于nmol水所放出的積分溶解熱可用下式計17860xn17860xnQ= x4.18681.798+n式中Q----硫酸的積分溶解熱（J/mol）;n----對于1mol硫酸所用的水的摩爾數(shù)積分溶解熱不僅可以用來計算把溶質(zhì)溶于溶劑中形成某一含量溶液時的熱效應(yīng)，還可以用來計算把溶液自某一含量沖淡（或濃縮）到另一含量的熱效應(yīng)。在25°C下將濃度為每mol硫酸含n1mol水的硫酸加水稀釋，仍將繼續(xù)有熱量放出，直至其成為濃度為每mol硫酸含n2mol水時，保持硫酸溶液的溫度為25C，此兩次熱量之差為)x4.186817860xn2 17860x)x4.1868Q2—Q1=(1.7983+n2 17860xn1式中Q2-Q11mol硫酸放出的稀釋熱（J/mol）n1-----式中Q2-Q11mol硫酸放出的稀釋熱（J/mol）n1-----濃度為x1時1mol硫酸所含有的水的摩爾數(shù)n2-----濃度為x2時1mol硫酸所含有的水的摩爾數(shù)具體計算如下:1000x0.02/1898%的濃硫酸對應(yīng)的n1= =0.11111000x0.98/981000x0.65/1835%的稀硫酸對應(yīng)的n2= =10.11111000x0.35/98從而得在25C下把98%濃硫酸稀釋為35%稀硫酸，并使硫酸溶液保持25C時產(chǎn)生的稀釋熱:17860xn117860xn2Q2—Q1=(1.7383+n2 1.7983+n1)x4.1868(17860x10.1111 17860x0.1111)x4.1868<1.7983+10.1111 1.7983x0.1111)=59134.2393J/molHSO=59.1342KJ/molHSO進(jìn)而得在25°C下98%的濃硫酸稀釋為35%稀硫酸，并保持硫酸溶液溫度為25°C，每小時產(chǎn)生的稀釋熱為Q*=Q*=nx(Q2-Q1)=5822.58x1000x0.9898x59.1342=3443136.102KJ又查《硫酸工作手冊》中表“硫酸和發(fā)煙硫酸的熱焓量（以0C為基準(zhǔn)）”并采用內(nèi)插法得25C時35%硫酸的熱焓量為H1=""1—爻.6x（25-20）+58.6=73.475KJ/KG40-2045C時35%硫酸的熱焓量為H2=I"'-I'、.1x(45-40)+118.1=133.275KJ/KG60-40熱焓量之差為VH=H2-H1=133.275-73.475=59.8KJ/KG最后得在25C下98%硫酸稀釋為35%硫酸，并保持硫酸溶液為45C，每小時產(chǎn)生的稀釋熱為Q=Q*—W3xVH=3443136.102—59.8x16303.224=3443136.102-974932.7952=2468203.307KJ方法二：實驗數(shù)值查表法由《硫酸工作手冊》中表“25C下硫酸溶解于水中的積分溶解熱Q和和微分溶解熱Q微'知25C時98%硫酸的積分溶解熱Q積=37.263KJ/KGHSO25C時35%硫酸的積分溶解熱Q積=683.70KJ/KGHSO從而得在25C下把98%濃硫酸稀釋為35%稀硫酸，并保持硫酸溶液為25C的的稀釋熱:Q=Q積1一Q積2=5822.58x0.98x(683.70-37.263)=3688652.525KJ進(jìn)而得在25°C下把98%的濃硫酸稀釋為35%稀硫酸，并是硫酸溶液為25^，每小時產(chǎn)生的稀釋熱為Q=Q*-W3xVH=3688652.525-59.8x16303.224=2713719.73KJ方法三：修正的經(jīng)驗公式法由于湯姆遜曾提出的1molH2SO’溶于n0molH2O中時，放出稀釋熱的經(jīng)驗公式為Q=%乂〃0x4.1868,經(jīng)此經(jīng)驗公式得出的結(jié)果與實驗值相比存在較大的偏差，最大1.7983+n0負(fù)偏差為12%，最大正偏差為11.6%；蔡芝林的《硫酸熱效應(yīng)的計算》一文中對該公式做出了修正，修正后的硫酸稀釋熱的公式為Q=2°伽x〃0x4.1868，經(jīng)此計算公式得出的結(jié)2.17+n

0果與實驗值相比，準(zhǔn)確性有明顯的提高，最大負(fù)偏差減小到6.9%，最大正偏差減小到6.2%，下面用修正的經(jīng)驗公式計算；98%的濃硫酸對應(yīng)的n1= =0.11111000x0.98/981000x0.65/1835%的稀硫酸對應(yīng)的n2= =10.11111000x0.35/98從而得在25C下把98%濃硫酸稀釋為35%稀硫酸，并使硫酸溶液保持在25C下，產(chǎn)生的稀釋熱為：'20050xn2 20050xn1]4貿(mào)％〔2.17+n2 2.17+n1) '20050x10.1111 20050x0.1111=( — Jx4.18682.17+10.1111 2.17+0.1111=(16507.2799—976.5267)x4.1868=15530.7532x4.1868=65024.1575J=65.0242KJ進(jìn)而得在25C下把98%的濃硫酸稀釋為35%稀硫酸，使硫酸溶液保持在25C下，每小時產(chǎn)生的稀釋熱為

5822.58x1000x0.98Q*=n5822.58x1000x0.98Q*=nx(Q2-Q1)=又查《硫酸工作手冊》中表“硫酸和發(fā)煙硫酸的熱焓量（以0°C為基準(zhǔn)）”并采用內(nèi)插法得25C時35%硫酸的熱焓量為H1=""1—爻.6x(25-20)+58.6=73.475KJ/KG40-2045C時35%硫酸的熱焓量為H2=178.8—118.1x(45-40)+118.1=133.275KJ/KG60-40熱焓量之差為VH=H2-H1=133.275-73.475=59.8KJ/KG最后的25C的98%硫酸稀釋為45C的35%硫酸每小時產(chǎn)生的稀釋熱為Q=Q*—W3xVH=3786086.064—59.8x16303.224=3786086.064-974932.7952=2811153.269KJ3、三種方法計算硫酸稀釋產(chǎn)生的稀釋熱的結(jié)果比較由以上三種關(guān)于積分溶解熱的計算方法得出的數(shù)值結(jié)果知，并以基于實驗數(shù)據(jù)查表法得出的計算結(jié)果為基準(zhǔn);用方法一計算得出的結(jié)果的偏差為:01=2468203.307—2713719.73頂。,=905%2713719.73用方法三計算得出的結(jié)果的偏差為:02=2811153.269—2713719.73知。%=十359%2713719.73從而知修正后的關(guān)于硫酸積分溶解熱的計算式得出的結(jié)果的準(zhǔn)確性有較大的提高。為了進(jìn)一步說明方法一和方法二所計算的硫酸稀釋熱的差別，將用這兩種方法計算純硫酸稀釋到不同濃度的硫酸產(chǎn)生的稀釋熱的數(shù)值對比如下表1 不同濃度下實驗數(shù)值查表法和湯姆遜經(jīng)驗公式法計算所得的稀釋熱的比較

硫酸濃度（％）實驗數(shù)值查表法計算所得稀釋熱（kj/kg）湯姆遜經(jīng)驗公式法計算所得稀釋熱（kj/kg）相對誤差（％）5754.4614745.7947-1.148710746.9251735.4114-1.541515741.0636720.4645-2.779720731.8526704.2616-3.770025720.9670686.7608-4.744530704.6384667.8783-5.216935683.7044647.2793-5.327640660.2584624.8380-5.364645634.7189600.2196-5.435450606.2486573.0892-5.469655572.3356543.1117-5.106160536.3291509.7848-4.949365496.9732472.5641-4.911570453.0118430.5286-4.963075405.7009382.9666-5.603780350.4352328.4126-6.284385279.2596265.3594-4.977590185.8939191.92293.24329592.9470105.633013.64869837.262544.338218.98889918.589422.587821.5090從上面表格知在硫酸濃度低于90%時，用湯姆遜曾提出的經(jīng)驗公式法（即方法一）計算硫酸的積分溶解熱和溶解熱的實驗值（即方法二）比較，偏差不是很大：但當(dāng)硫酸濃度超過90%時，用湯姆遜曾提出的經(jīng)驗公式法計算得出的硫酸的積分溶解熱和實驗值比較，偏差很大，而且隨著硫酸濃度的增大，其偏差也愈大。

下表是硫酸積分溶解熱的湯姆遜公式計算值、實驗數(shù)據(jù)查表值和改進(jìn)的經(jīng)驗公式計算值的綜合比較表218°C時1mol硫酸(液)溶解于n0mol水中所產(chǎn)生的積分溶解熱的實驗值與計算值水摩爾數(shù)n0積分溶解熱Q(J/mol實驗數(shù)據(jù)查表值改進(jìn)的經(jīng)驗公式計算值偏差(%)湯姆遜公式計算值偏差(%)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+5.64.001301012998+0.1+