反應(yīng)熱量衡算

1、2.熱量衡算主要對(duì)氯化反應(yīng)器進(jìn)行熱量衡算，通過(guò)衡算，可以確定塔頂排出的汽化苯的 量。本衡算中，為計(jì)算方便，取進(jìn)料中H2和6溫度同為25C，取出料中氯化 液的溫度和塔頂排出氣體的溫度同為81C。2.1 反應(yīng)器熱量衡算中所使用到的數(shù)據(jù)參考葛化廠資料，畫出反應(yīng)器熱量衡算圖:反應(yīng)器頂部HCl, Cl，H2及氣化苯（81C）進(jìn)料苯25 C :氯氣進(jìn)料苯25 C :氯氣25 C :氫氣25 C氯化反應(yīng)器97%的循環(huán)苯（30 C） 二%Q反應(yīng)熱氯化液（81C）圖 2-1 反應(yīng)器熱量衡算圖考慮到本衡算中是多處進(jìn)料和多處出料，并且溫度也有差異，故對(duì)液體物料 取25C液相為計(jì)算基準(zhǔn)，氯氣、氯化氫等氣體物料取25C

2、汽相為計(jì)算基準(zhǔn)。應(yīng)用下面形式的熱衡算方程8：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6+Q7（2-1）式中 Q1 物料帶入熱；Q2 過(guò)程放出的熱；Q3 從加熱介質(zhì)獲得的熱；Q4 物料帶出熱；Q5 冷卻介質(zhì)帶出的熱；Q6 過(guò)程吸收的熱；Q7 熱損失，一般取 5%Q2。本衡算中，經(jīng)過(guò)分析可知Q3（從加熱介質(zhì)獲得的熱），Q5（冷卻介質(zhì)帶出的熱） 以及Q6（過(guò)程吸收的熱）都可以取0，于是該熱衡算方程可簡(jiǎn)化為：Q+Q2=Q4+Q7。 查得：物質(zhì)的液體熱容溫度關(guān)聯(lián)式系數(shù)9： Cpl=A+BT+CT2+DT3表 2-1 物質(zhì)的液體熱容溫度關(guān)聯(lián)式系數(shù)表J/mol-KABCD溫度范圍KCp苯119.1207-9.995

3、542x10-25.251917x10-4279-360Cp64.35861.906x10-2-16.346x10-41.8478x10-6229-569氯苯Cp 一一（對(duì)）-32.28314.413x10-1-3.3088x10-32.9587x10-6327-616氯苯Cp（鄰）F二氯苯 168.5427.7568x10-1-1.838x10-31.8585x10-6257-635物質(zhì)的理想氣體熱容溫度關(guān)聯(lián)式系數(shù)10=30+%丁+&2卩+電T3+a4T4 苯在 25C 下的氣化熱：Hew =33.6KJ/mol, T =562.05K;=-92.3 KJ/mol，=0,v 298 ，苯c

4、=-92.3 KJ/mol，=0,HHf 298 ，二氯苯（ l）= -17.5KJ/mol.表2-2物質(zhì)的理吉想氣體熱容溫度關(guān)聯(lián)式系數(shù)表J/mol Ka0a1x103a2x105a3x108a4x1011溫度范圍KCpci23.05605.3708-0.80980.5693-0.1625650-1000Cl2Cp2.88333.6807-0.77200.6915-0.212550-1000H.2Cp13.827-2.9360.879-1.0310.43950-1000物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成熱： fH298苯（1）=48.99KJ/mol,AfH298，氯苯（1）=11.0 KJ/mol,fH298，

5、氯化氫（g）fH298，氯氣（g）根據(jù)物料衡算，結(jié)果列于表 2-3 中：表 2-3 反應(yīng)器物料衡算表反應(yīng)器入口（輸入）反應(yīng)器出口（輸出）組分kg/hkmol/h組分kg/hkmol/h進(jìn)料苯3411.043.67汽化苯149819.18冷凝苯1453.118.60頂部HC1374.510.26原料氯氣748.410.54頂部C122.800.039原料氫氣23.1511.58氯化液中苯：2568.532.88氯苯1120.2879.958二氯苯37.340.254HC17.4690.205C10.3730.005y5635.6584.38y5609.2772.782.2 物料帶入熱 Q 的熱量

6、衡算1分別取25C液相和25C汽相為計(jì)算基準(zhǔn)，有:進(jìn)料苯：Q =0進(jìn)料苯循環(huán)苯：Q, ”=n, ”/ 303 C”dT循環(huán)苯 循環(huán)苯 298 p 苯=n119.1207X(303-298) 9.995542X10-2X(3032-2982)/ 2+5.251917 X10循環(huán)苯-4X(3033-2983)/ 3=n=n 循環(huán)苯 X682-55=682-55 Xn循環(huán)苯進(jìn)料Cl2： Q進(jìn)料Cl2=0進(jìn)料H2： Q進(jìn)料H2=0則：Q1 則：Q1 =Q進(jìn)料苯+ Q循環(huán)苯+ Q進(jìn)料Cl2+ Q進(jìn)料 H2=0+68255 Xn循環(huán)苯+0=682-55 Xn循環(huán)苯2.3物料帶出熱Q的熱量衡算4分別取25C

7、液相和25C汽相為計(jì)算基準(zhǔn)，有:2.3.1 出料氯化液的熱衡算氯化液中的苯：Q氯化液中的苯=n氯化液中的苯354Cp苯dT=32.88X 119.1207X(354-298) 氯化液中的苯 氯化液中的苯p 苯9.995542X10-2X(3542-2982)/2+5.251917X10-4X(3543-2983)/3= (32.88X 7979.3)KJ/h=2.624X 105KJ/h氯化液中的氯苯：Q氯化液中的氯苯=n氯化液中的氯354Cp氯苯dT=9.958X 64.358 X (354-298)氯化液中的氯苯 氯化液中的氯苯p 氯苯+61.902X10-2X(3542-2982)/21

8、6.346X10-4X(3543-2983)/3+1.8478X10-6X(3544-2984)/4=(9.958X8764.2)KJ/h=8.727X104 KJ/h氯化液中的二氯苯(取鄰位)：Q=nj 354CdT =0.254X氯化液中的二氯苯氯化液中的二氯苯p 二氯苯68.542X(354-298)+7.7568X10-1X(3542-2982)/21.838X10-3X(3543-2983)/3+1.8585 X 10-6X (3544-2984) / 4= (0.254X10665.9)KJ/h= 2.709.X103KJ/h氯化液中的HCl： Q氯化液中的瓦產(chǎn)n氯化液中的hJ 3

9、54Cp HCldT=0-205X 3.827 X (354-298)2.936 X 10-3 X (3542-2982) / 2+0.879X 10 -5 X(3543-2983) / 3 1.031 X 10- 8X (3544-2984)/ 4+0.439X10-11X(3545-2985)/ 5 )=(0.205X8764.2)KJ/h =40.28KJ/h氯化液中的Cl2： Q氯化液中的Cl2= n氯化液中的Cl2 j 354Cp Cl2dT=0-005X3.0560 X(354-298) +5.3708X10-3X(3542-2982)/20.8098X10-5X(3543-298

10、3)/3+0.5693X10-8X (3544-2984)/40.15256X10-11X(3545-2985)/5) =(0.005X231.02)KJ/h=1.155KJ/h2.3.2 塔頂排出氣體的熱衡算塔頂氣化苯：由Hew =33.6KJ/mo, T =562.05K 及公式 T=T/T ：v 298，苯c 苯r cvH354/vH298=(1-Tr 81 /1-Tr 25 )0.38v 354,苯氣化V 298,苯氣化r苯81 cr苯25卍得： vH354 苯氣化=(1-354/562.05)/(1-298/562.05)卩38 X33.6 =30.69KJ/molj 354C dT

11、=119.1207 X(354-298) 9.995542 X 10-2 X(3542-2982) / 2+ 5.251917 X 10-4 X p本(3543-2983) / 3=7979.3J/mol貝U： Q =n X H354+ n Xj 354CdT塔頂氣化苯 塔頂氣化苯 v 354,苯氣化 塔頂氣化苯p 苯=(n/0.97) X 30.69 X 103+(n/0.97) X 7979.3循環(huán)苯循環(huán)苯= nX3.987X104=(3.987X104)n循環(huán)苯循環(huán)苯塔頂 HC1： Q 塔頂Hd=n 塔頂HClj 354CpHCldT=10.26X3.827X(354-298)2.936

12、X10-3X(3542-2982)/20.879X105(3543-2983) / 3 1.031 X 10-8 X (3544-2984) / 4+0.439X 10X (3545-2985) / 5 )=( 10.26X196.48 )KJ/h =2.009X103KJ/h塔頂 Cl2： Q 氯化液中的Cl2= n 氯化液中的Cl2j 354Cp Cl2dT=0.039X 3-0560 x(354-298)+ 5.3708X 10-3 X (3542-2982) / 2 0.8098 X 10 - 5 X (3543-2983) / 30.5693X10-8X (3544-2984)/40

13、.15256X10-11X(3545-2985)/5) =9.010KJ/h塔頂 H2: QH2=n H2j354CpH2dT2:塔頂 H2 塔頂 H2p H2=1 1.58X 2.8833 X (354-298) +3.6807 X 10-3X (3542-2982) / 20.7720 X 10 -5 X (3543-2983) / 3+0.6915 X 10-8(3544-2984) / 40.2125 X 10-11(3545-2985) / 5=2.255X 103KJ/h貝： Q4= Q+ Q +Q + QC12+ QHC1+ Q + Q4 y氯化液中的苯 y氯化液中的氯苯y(tǒng)氯化液

14、中的二氯苯 y氯化液中的ci2 y氯化液中的hci y塔頂氣化苯 y 塔頂HCl+ Q氯化液中的Cl2+ Q塔頂H2=2.624X105 +8.727X105+2.709.X103+40.28+1.155+(3.987X104)n+2.016循環(huán)苯X103+9.010+2.255X103=3.567X105+(3.987X104)n循環(huán)苯過(guò)程放出熱 Q 的熱量衡算2過(guò)程放出的熱量可通過(guò)下式進(jìn)行計(jì)算：Q產(chǎn)(-) + (-H )2 主反應(yīng) 副反應(yīng)分別計(jì)算出主反應(yīng)的反應(yīng)熱AH和副反應(yīng)的反應(yīng)熱AH主反應(yīng)副反應(yīng)2.4.1主反應(yīng)的反應(yīng)熱AH主反應(yīng)對(duì)主反應(yīng)可以假設(shè)如下熱力學(xué)途徑:反應(yīng)物料在354K下降到29

15、8K,在298K下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)后的物料再?gòu)?298K 升溫到 354K：H主反應(yīng)(354K) C6H6(l)+Cl2 (g)C6H5C1 +HC1 (g) (354K)(298K)H 主 1(298K)H 主 1H 主 r,H主2C6H5Cl(l)+HCl ( g) (298K)以354K下的物料為初狀態(tài)，298K下物料為末狀態(tài)，進(jìn)行計(jì)算 H“： 主1H 1=n j 298C dT+n Cl2 / 298C Cl2dT主 1 反應(yīng)苯p 苯反應(yīng) Cl2p Cl2則：n/ 298C dT=9.958X (-7979.3)=7.946 x 104 KJ/h反應(yīng)苯 p 苯n 反應(yīng) cJ 354C

16、pCl2dT=9.958X(-23l.2)=-2.300 X103 KJ/h H 1=n / 298C dT+nCl2 / 298C Cl2dT=-7.946x 104 -2.300X103主 1 反應(yīng)苯p 苯反應(yīng) Cl2p Cl2=-8.176 X104 KJ/h298K下化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱為：H 主r, 25c= n 氯苯 fH298，氯苯(1)+ nHClfH298, HCl (g) - n 苯fH298,苯(l)- nCl2fH298, Cl2(g)=9.958X103X(11-92.3-48.99-0)= -1.297X106 KJ/h()以298K下反應(yīng)產(chǎn)物為初狀態(tài)，354K下反應(yīng)產(chǎn)

17、物為末狀態(tài)，進(jìn)行計(jì)算AH主2: H 2=nj 354C dT+n HCl / 354C HCldT主 2 生成氯苯p 氯苯生成 HClp HCl則:n 、”j 354CdT =9.958X8764.2=8.727X104 KJ/h生成氯苯p 氯苯n 生成HCl J 354Cp HCldT= 9.958x196.48=1.957x 103 KJ/h H 2= n / 354C dT+ n HCl / 354C HCldT主 2生成氯苯p 氯苯生成 HClp HCl=8.727X104+1.957X103=8.923X104 KJ/h貝比 H= H 1+H卡 +H 2= -8.176x104-1.

18、297x 106+8.923x 104主反應(yīng)主1主r，25 c主2=-1.290 x106 KJ/h2.4.2副反應(yīng)的反應(yīng)熱AH副反應(yīng)對(duì)副反應(yīng)可以假設(shè)如下熱力學(xué)途徑：反應(yīng)物料在354K下降溫到298K，在298K下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)后的物料再?gòu)?98K升溫到354K：H主反應(yīng)354K C6H6(l)+2CL (g)C6H4Cl2(l)+2HCl (g) 354KH副1副 r， H副1副 r， 25cH副2298K C6H6(1)+2C, (g) C6H4Cl2(l)+2HCl (g) 298K以354K下的物料為初狀態(tài)，298K下物料為末狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算AH主1H 1=n j 298C dT+2n

19、 C12 / 298C C12dT副 1 反應(yīng)苯p 苯反應(yīng) Cl2p Cl2n / 298C dT=0.254X (-7979.3)=2027 x 103 KJ/h反應(yīng)苯 p 苯n 反應(yīng) Cl2 354CpCl2dT=0.254X2X(-231.03)=-1.174 X102 KJ/h H 副 1=nj 298Cp 苯dT+n 反應(yīng)Cl2 / 298Cp dT=-2.027x 103-1.174X 102副 1 反應(yīng)苯p 苯反應(yīng) Cl2p Cl2=-2.144X103 KJ/h298K溫度下化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱為：H 副 r, 25c=n 二氯苯(l)dH298，二氯苯(l)+n HCl (g)

20、AfH298, HCl (g) -n 苯 AfH298，苯(嚴(yán) Cl2 (g)fH298 Cl2 g =0.254X(-17.5) +2X0.254X(-92.3)-0.254X48.990-0 X103= -6.378X104 KJ/h氯苯以298K下反應(yīng)產(chǎn)物為初狀態(tài)，354K下反應(yīng)產(chǎn)物為末狀態(tài)，進(jìn)行計(jì)算AH 2： 副2H 2=nj354CpdT+2HClj354Cp HCldT副 2 生成二氯苯p 二氯苯生成 HClp HClnj 354CpdT =0.254X10665.9=2.709X103 KJ/h生成鄰二氯苯p 鄰二氯苯2n生成HCl / 354Cp HCldT=2x0.254x 196.48=99.81 KJ/hHj 354Cp氯苯Hj 354Cp氯苯dT+ n生成HClj 354Cp HCldT= 2.709X103+99.81= 2.809X103 KJ/h則：H則：H副反應(yīng)=AH 副!+AH副 r，副2=-2.144X103 -6.378X104+ 2.809X103 = -6.312X104 KJ/h=(-AH、) + (-AH)主反應(yīng)副反應(yīng)=1.290X10