第四章能量衡算及热数据的估算(习题解答)VIP免费

计算题（P106） 4－1、物料衡算数据如下图所示。主反应式如下。已知加入甲苯和浓硫酸的温度均为30℃，脱水器的排水温度为65 ℃，磺化液的出料温度为140 ℃，甲苯和硫酸的标准化学反应热为117.2kJ·mol-1 (放热) ，设备（包括磺化釜、回流冷凝器和脱水器，下同）升温所需的热量为1.3×105kJ，设备表面向周围环境的散热量为6.2 ×104kJ, 回流冷凝器中冷却水移走的热量共 9.8 ×105kJ。试对甲苯磺化过程进行热量衡算。有关热力学数据：原料甲苯的定压比热为1.71kJ ·kg-1 ·℃-1 ; 98%硫酸的定压比热为1.47kJ ·kg-1 ·℃-1 ;磺化液的平均定压比热为1.59kJ ·kg-1 ·℃-1 ;水定压比热为4.18kJ ·kg-1 ·℃-1 解法一：对甲苯磺化过程进行热量衡算的目的是为了确定磺化过程中的补充加热量。依题意可将甲苯磺化装置(包括磺化釜、回流冷凝器和脱水器等)作为衡算对象。此时，输入及输出磺化装置的物料还应包括进、出回流冷凝器的冷却水，其带出和带入热量之差即为回流冷凝器移走的热量。若将过程的热效应作为输入热量来考虑，则可绘出如下图所示的热量衡算示意图。 甲苯 1000 纯甲苯 999 水 1 98%硫酸 1100 纯硫酸 1078 H2O 22 磺化液 1906.9 有 对甲苯磺酸 1500.8 机 邻甲苯磺酸 168.4 相 间甲苯磺酸 161.1 甲苯 20.0 水 纯硫酸 35.2 磺化 脱水器排水193.1 CH3+ H2SO4CH3SO3H+ H2O 则热量平衡方程式可表示为 取热量衡算的基准温度为25oC（若取0 ℃作为基准，结果又如何？），则 （1） （2）磺化过程热效应 反应中共加入 98%浓硫酸的质量为1100kg，其中含水 22kg。若以 SO3 计，98%硫酸的质量分率为80%。由式(4-44)得 反应结束后,磺化液含硫酸 35.2kg,水 21.4kg。以 SO3 计,硫酸的质量分率为50.8%。则 1234567QQQQQQQ141000 1.71 (3025)1100 1.47(3025) 1.66 10QkJ3pcQQQ1-1221112.989(25 15) 110.20130.062 4773.4 kJ (kg H)sHmmmmO2-1221112.989(25 15)10.50810.5080.20130.0620.5080.508 1833.6 kJ (kg H)sHO所以有 反应消耗的甲苯量为979 kg，则 （3）反应产物（磺化液、脱水器排出的水）带走的热量Q4 Q4=1906.9 x 1.59 x （140-25）+193.1 x 4.18 x （65-25）=3.77 x 105 KJ （4）由题意知 Q5=1.3 x 105 KJ Q6=6.2 x 104 KJ Q7=9.8 x 105 KJ ...