浓硫酸稀释热的热量衡算

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℃的98%硫酸的密度是1.83103/cmg，即18313/mkg。其中hkgW/58.5822183118.31稀释器的总质量平衡：321稀释器硫酸的平衡：335.0198.0WW用kgW58.58221代入上面两方程解得：hkgWhkgW/224.163033/644.1048022、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25℃下把1mol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25℃，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1kmol(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....../,/,/kgKJkmolKJmolKJ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。方法一：经验公式法由《硫酸工作手册》知，溶解1mol硫酸于nmol水所放出的积分溶解热可用下式计算：1868.4798.117860nnQ式中Q----硫酸的积分溶解热)/(molJ；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℃下将浓度为每mol硫酸含1nmol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2nmol水时，保持硫酸溶液的温度为25℃，此两次热量之差为1868.4)11786011786027983.1217860(12nnnnQQ式中12QQ-----mol1硫酸放出的稀释热)/(molJn1-----浓度为x1时mol1硫酸所含有的水的摩尔数n2-----浓度为x2时mol1硫酸所含有的水的摩尔数具体计算如下：98%的浓硫酸对应的1111.098/98.0100018/02.010001n35%的稀硫酸对应的1111.1098/35.0100018/65.010002n从而得在25℃下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并使硫酸溶液保持25℃时产生的稀释热：1868.4)17983.111786027383.1217860(12nnnnQQ1868.41111.07983.11111.0178601111.107983.11111.1017860KGKJH/275.1331.118)4045(40601.1188.1782KGKJH/475.736.58)2025(20406.581.1181KJQQnQ102.34431361342.599898.0100058.5822)12(4242/1342.59/2393.59134SOmolHKJSOmolHJ进而得在25℃下98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并保持硫酸溶液温度为25℃，每小时产生的稀释热为又查《硫酸工作手册》中表“硫酸和发烟硫酸的热焓量（以0℃为基准）”并采用内插法得25℃时35%硫酸的热焓量为45℃时35%硫酸的热焓量为热焓量之差为KGKJHHH/8.59475.73275.13312最后得在25℃下98%硫酸稀释为35%硫酸，并保持硫酸溶液为45℃，每小时产生的稀释热为224.163038.59102.34431363*HWQQ7952.974932102.3443136KJ307.2468203方法二：实验数值查表法由《硫酸工作手册》中表“25℃下硫酸溶解于水中的积分溶解热积Q和微分溶解热微Q”知25℃时98%硫酸的积分溶解热421/263.37SOKGHKJQ积25℃时35%硫酸的积分溶解热422/70.683SOKGHKJQ积从而得在25℃下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并保持硫酸溶液为25℃的的稀释热：21积积QQQKJ525.3688652)263.3770.683(98.058.5822进而得在25℃下把98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并是硫酸溶液为25℃，每小时产生的稀释热为224.163038.59525.36886523*HWQQKJ73.2713719方法三：修正的经验公式法由于汤姆逊曾提出的142SOmolH溶于OmolHn20中时，放出稀释热的经验公式为1868.47983.11786000nnQ，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了修正，修正后的硫酸稀释热的公式为1868.417.22005000nnQ，经此计算公式得出的结果与实验值相比，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%，下面用修正的经验公式计算;98%的浓硫酸对应的1111.098/98.0100018/02.010001n35%的稀硫酸对应的1111.1098/35.0100018/65.010002n从而得在25℃下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并使硫酸溶液保持在25℃下，产生的稀释热为：1868.4117.2120050217.222005012nnnnQQQKJJ0242.651575.650241868.47532.155301868.45267.9762799.165071868.41111.017.21111.0200501111.1017.21111.1020050进而得在25℃下把98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，使硫酸溶液保持在25℃下，每小时产生的稀释热为KJQQnQ064.37860860242.659898.0100058.5822)12(*KGKJH/275.1331.118)4045(40601.1188.1782KGKJH/475.736.58)2025(20406.581.1181又查《硫酸工作手册》中表“硫酸和发烟硫酸的热焓量（以0℃为基准）”并采用内插法得25℃时35%硫酸的热焓量为45℃时35%硫酸的热焓量为热焓量之差为KGKJHHH/8.59475.73275.13312最后的25℃的98%硫酸稀释为45℃的35%硫酸每小时产生的稀释热为224.163038.59064.37860863*HWQQ7952.974932064.3786086KJ269.28111533、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：%05.9%10073.271371973.2713719307.24682031用方法三计算得出的结果的偏差为：%59.3%10073.271371973.2713719269.28111532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)/(kgkj汤姆逊经验公式法计算所得稀释热)/(kgkj相对误差（%）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218℃时1mol硫酸（液）溶解于moln0水中所产生的积分溶解热的实验值与计算值水摩尔数0n积分溶解热Q)/(molJ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+5.64.001301012998+0.1+5.39.001511016155-6.9+1.519.001690017995-6.5+3.5∞2020020050+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。