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例5-2物料衡算數(shù)據(jù)如表4-3所示。已知加入甲苯和濃硫酸的溫度均為30oC，脫水器的排水溫度為65oC，磺化液的出料溫度為140oC，甲苯與硫酸的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱為117.2kJ

mol-1(放熱)，設(shè)備(包括磺化釜、回流冷凝器和脫水器，下同)升溫所需的熱量為1.3×105kJ，設(shè)備表面向周圍環(huán)境的散熱量為6.2×104kJ，回流冷凝器中冷卻水移走的熱量共9.8×105kJ。試對(duì)甲苯磺化過程進(jìn)行熱量衡算。5.4ExamplesofEnergyBalance

表4-3甲苯磺化過程的物料平衡表輸

入物料名稱質(zhì)量/kg質(zhì)量組成/%純品量/kg原料甲苯1000甲苯99.9999水0.11濃硫酸1100硫酸98.01078水2.022總計(jì)2100

2100輸

出磺化液1906.9對(duì)甲苯磺酸78.71500.8鄰甲苯磺酸8.83168.4間甲苯磺酸8.45161.1甲苯1.0520.0硫酸1.8535.2水1.1221.4脫水器排水193.1水100193.1總計(jì)2100

2100(2)BatchOperatedProcess解：熱量衡算目的:確定磺化過程中的補(bǔ)充加熱量。衡算范圍:甲苯磺化裝置(包括磺化釜、回流冷凝器和脫水器等)

。5.4ExamplesofEnergyBalance

有關(guān)熱力學(xué)數(shù)據(jù)為：原料甲苯的定壓比熱為1.71kJkg-1

oC-1；98%硫酸的定壓比熱為1.47kJkg-1

oC-1；磺化液的平均定壓比熱為1.59kJkg-1

oC-1；水的定壓比熱為4.18kJkg-1

oC-1。

熱量平衡方程式可表示為

取熱量衡算的基準(zhǔn)溫度為25oC，則

5.4ExamplesofEnergyBalance

圖5-1甲苯磺化裝置熱量衡算示意圖

反應(yīng)中共加入98%濃硫酸的質(zhì)量為1100kg，其中含水22kg。若以SO3計(jì)，98%硫酸的質(zhì)量分率為80%。5.4ExamplesofEnergyBalance

m=0.8

反應(yīng)結(jié)束后,磺化液含硫酸35.2kg,水21.4kg。以SO3計(jì),硫酸的質(zhì)量分率為50.8%。則所以5.4ExamplesofEnergyBalance

反應(yīng)消耗的甲苯量為979kg，則5.4ExamplesofEnergy

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