反应热量衡算

1、2.热量衡算主要对氯化反应器进行热量衡算，通过衡算，可以确定塔顶排出的汽化苯的 量。本衡算中，为计算方便，取进料中H2和6温度同为25C，取出料中氯化 液的温度和塔顶排出气体的温度同为81C。2.1 反应器热量衡算中所使用到的数据参考葛化厂资料，画出反应器热量衡算图:反应器顶部HCl, Cl，H2及气化苯（81C）进料苯25 C :氯气进料苯25 C :氯气25 C :氢气25 C氯化反应器97%的循环苯（30 C） 二%Q反应热氯化液（81C）图 2-1 反应器热量衡算图考虑到本衡算中是多处进料和多处出料，并且温度也有差异，故对液体物料 取25C液相为计算基准，氯气、氯化氢等气体物料取25C

2、汽相为计算基准。应用下面形式的热衡算方程8：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6+Q7（2-1）式中 Q1 物料带入热；Q2 过程放出的热；Q3 从加热介质获得的热；Q4 物料带出热；Q5 冷却介质带出的热；Q6 过程吸收的热；Q7 热损失，一般取 5%Q2。本衡算中，经过分析可知Q3（从加热介质获得的热），Q5（冷却介质带出的热） 以及Q6（过程吸收的热）都可以取0，于是该热衡算方程可简化为：Q+Q2=Q4+Q7。 查得：物质的液体热容温度关联式系数9： Cpl=A+BT+CT2+DT3表 2-1 物质的液体热容温度关联式系数表J/mol-KABCD温度范围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（对）-32.28314.413x10-1-3.3088x10-32.9587x10-6327-616氯苯Cp（邻）F二氯苯 168.5427.7568x10-1-1.838x10-31.8585x10-6257-635物质的理想气体热容温度关联式系数10=30+%丁+&2卩+电T3+a4T4 苯在 25C 下的气化热：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物质的理吉想气体热容温度关联式系数表J/mol Ka0a1x103a2x105a3x108a4x1011温度范围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物质的标准生成热： fH298苯（1）=48.99KJ/mol,AfH298，氯苯（1）=11.0 KJ/mol,fH298，

5、氯化氢（g）fH298，氯气（g）根据物料衡算，结果列于表 2-3 中：表 2-3 反应器物料衡算表反应器入口（输入）反应器出口（输出）组分kg/hkmol/h组分kg/hkmol/h进料苯3411.043.67汽化苯149819.18冷凝苯1453.118.60顶部HC1374.510.26原料氯气748.410.54顶部C122.800.039原料氢气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 物料带入热 Q 的热量

6、衡算1分别取25C液相和25C汽相为计算基准，有:进料苯：Q =0进料苯循环苯：Q, ”=n, ”/ 303 C”dT循环苯 循环苯 298 p 苯=n119.1207X(303-298) 9.995542X10-2X(3032-2982)/ 2+5.251917 X10循环苯-4X(3033-2983)/ 3=n=n 循环苯 X682-55=682-55 Xn循环苯进料Cl2： Q进料Cl2=0进料H2： Q进料H2=0则：Q1 则：Q1 =Q进料苯+ Q循环苯+ Q进料Cl2+ Q进料 H2=0+68255 Xn循环苯+0=682-55 Xn循环苯2.3物料带出热Q的热量衡算4分别取25C

7、液相和25C汽相为计算基准，有:2.3.1 出料氯化液的热衡算氯化液中的苯：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(取邻位)：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氯化液中的瓦产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 塔顶排出气体的热衡算塔顶气化苯：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,苯气化V 298,苯气化r苯81 cr苯25卍得： vH354 苯气化=(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贝U： Q =n X H354+ n Xj 354CdT塔顶气化苯 塔顶气化苯 v 354,苯气化 塔顶气化苯p 苯=(n/0.97) X 30.69 X 103+(n/0.97) X 7979.3循环苯循环苯= nX3.987X104=(3.987X104)n循环苯循环苯塔顶 HC1： Q 塔顶Hd=n 塔顶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塔顶 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塔顶 H2: QH2=n H2j354CpH2dT2:塔顶 H2 塔顶 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贝： Q4= Q+ Q +Q + QC12+ QHC1+ Q + Q4 y氯化液中的苯 y氯化液中的氯苯y氯化液

14、中的二氯苯 y氯化液中的ci2 y氯化液中的hci y塔顶气化苯 y 塔顶HCl+ Q氯化液中的Cl2+ Q塔顶H2=2.624X105 +8.727X105+2.709.X103+40.28+1.155+(3.987X104)n+2.016循环苯X103+9.010+2.255X103=3.567X105+(3.987X104)n循环苯过程放出热 Q 的热量衡算2过程放出的热量可通过下式进行计算：Q产(-) + (-H )2 主反应 副反应分别计算出主反应的反应热AH和副反应的反应热AH主反应副反应2.4.1主反应的反应热AH主反应对主反应可以假设如下热力学途径:反应物料在354K下降到29

15、8K,在298K下进行化学反应，反应后的物料再从 298K 升温到 354K：H主反应(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下的物料为初状态，298K下物料为末状态，进行计算 H“： 主1H 1=n j 298C dT+n Cl2 / 298C Cl2dT主 1 反应苯p 苯反应 Cl2p Cl2则：n/ 298C dT=9.958X (-7979.3)=7.946 x 104 KJ/h反应苯 p 苯n 反应 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 反应苯p 苯反应 Cl2p Cl2=-8.176 X104 KJ/h298K下化学反应的反应热为：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下反应产物为初状态，354K下反应产

17、物为末状态，进行计算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则: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贝比 H= H 1+H卡 +H 2= -8.176x104-1.

18、297x 106+8.923x 104主反应主1主r，25 c主2=-1.290 x106 KJ/h2.4.2副反应的反应热AH副反应对副反应可以假设如下热力学途径：反应物料在354K下降温到298K，在298K下进行化学反应，反应后的物料再从298K升温到354K：H主反应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下的物料为初状态，298K下物料为末状态进行计算AH主1H 1=n j 298C dT+2n

19、 C12 / 298C C12dT副 1 反应苯p 苯反应 Cl2p Cl2n / 298C dT=0.254X (-7979.3)=2027 x 103 KJ/h反应苯 p 苯n 反应 Cl2 354CpCl2dT=0.254X2X(-231.03)=-1.174 X102 KJ/h H 副 1=nj 298Cp 苯dT+n 反应Cl2 / 298Cp dT=-2.027x 103-1.174X 102副 1 反应苯p 苯反应 Cl2p Cl2=-2.144X103 KJ/h298K温度下化学反应的反应热为：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(严 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下反应产物为初状态，354K下反应产物为末状态，进行计算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生成邻二氯苯p 邻二氯苯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则：H则：H副反应=AH 副!+AH副 r，副2=-2.144X103 -6.378X104+ 2.809X103 = -6.312X104 KJ/h=(-AH、) + (-AH)主反应副反应=1.290X10