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H 2和Cl 2温度同为25℃，取出料中氯化液的温度和塔顶排出气体的温度同为81℃。

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:81℃） (30℃) (81℃) 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25℃液相为计算基准，氯气、氯化氢等气体物料取25℃汽相为计算基准。

应用下面形式的热衡算方程[8]：Q 1+Q 2+Q 3=Q 4+Q 5+Q 6+Q 7 （2-1）式中 Q 1 ——物料带入热；Q 2 ——过程放出的热； Q 3 ——从加热介质获得的热； Q 4 ——物料带出热； Q 5 ——冷却介质带出的热； Q 6 ——过程吸收的热； Q 7 ——热损失，一般取5%Q 2。

本衡算中，经过分析可知Q 3(从加热介质获得的热)，Q 5(冷却介质带出的热)以及Q 6(过程吸收的热)都可以取0，于是该热衡算方程可简化为：Q 1+Q 2=Q 4+Q 7。

查得：物质的液体热容温度关联式系数[9]：C pl =A+BT+CT 2+DT 3表2-1 物质的液体热容温度关联式系数表物质的理想气体热容温度关联式系数[10]:C p =a 0+a 1T+a 2T 2+a 3T 3+a 4T 4 苯在25℃下的气化热：△v H 298，苯= 33.6KJ/mol，T c 苯=562.05K;表2-2 物质的理想气体热容温度关联式系数表物质的标准生成热：△f H 298，苯（l ）=48.99KJ/mol ，△f H 298，氯苯（l ）=11.0 KJ/mol ，△f H 298，氯化氢（g ）=-92.3 KJ/mol ，△f H 298，氯气（g ）=0, △f H 298，二氯苯（l ）= -17.5KJ/mol.根据物料衡算，结果列于表2-3中：2.2 物料带入热Q 1的热量衡算分别取25℃液相和25℃汽相为计算基准，有：①进料苯：Q进料苯=0②循环苯：Q循环苯=n循环苯∫303298C p苯dT=n循环苯[119.1207×(303-298)－9.995542×10-2×(3032-2982)／2＋5.251917×10﹣4×(3033-2983)／3]= n循环苯×682.55=682.55×n循环苯③进料Cl2：Q进料Cl2=0④进料H2：Q 进料H2=0则：Q1 =Q进料苯+ Q循环苯+ Q进料Cl2+ Q 进料H2=0+682.55×n循环苯+0=682.55×n循环苯2.3 物料带出热Q4的热量衡算分别取25℃液相和25℃汽相为计算基准，有：2.3.1 出料氯化液的热衡算①氯化液中的苯：Q氯化液中的苯=n氯化液中的苯∫354C p苯dT=32.88×[119.1207×(354-298)－9.995542×10-2×(3542-2982)／2＋5.251917×10﹣4×(3543-2983)／3]= (32.88×7979.3)KJ/h=2.624×105KJ/h②氯化液中的氯苯：Q氯化液中的氯苯=n氯化液中的氯苯∫354C p氯苯dT=9.958×[64.358×(354-298)＋61.902×10-2×(3542-2982)／2－16.346×10﹣4×(3543-2983)／3＋1.8478×10﹣6×(3544-2984)／4]=（9.958×8764.2)KJ/h=8.727×104 KJ/h③氯化液中的二氯苯（取邻位）：Q氯化液中的二氯苯=n氯化液中的二氯苯∫354C p二氯苯dT =0.254×[68.542×(354-298)＋7.7568×10-1×(3542-2982)／2－1.838×10﹣3×(3543-2983)／3＋1.8585×10﹣6×(3544-2984)／4]=（0.254×10665.9)KJ/h= 2.709.×103KJ/h④氯化液中的HCl：Q氯化液中的HCl= n氯化液中的HCl∫354C p HCl dT=0.205×[3.827×(354-298)－2.936×10-3×(3542-2982)／2＋0.879×10﹣5×(3543-2983)／3－1.031×10﹣8×(3544-2984)／4＋0.439×10﹣11×(3545-2985)／5﹚]=(0.205×8764.2)KJ/h =40.28KJ/h⑤氯化液中的Cl2：Q氯化液中的Cl2= n氯化液中的Cl2∫354C p Cl2dT=0.005×[3.0560×(354-298)＋5.3708×10-3×(3542-2982)／2－0.8098×10﹣5×(3543-2983)／3＋0.5693×10﹣8×(3544-2984)／4－0.15256×10﹣11×(3545-2985)／5﹚]=(0.005×231.02)KJ/h=1.155KJ/h2.3.2 塔顶排出气体的热衡算①塔顶气化苯：由△v H298，苯=33.6KJ/mo，T c苯=562.05K及公式T r=T/T c：△v H354，苯气化/△v H298，苯气化=(1-T r苯81℃/1-T r苯25℃)0.38得：△v H354，苯气化=[(1-354/562.05)/(1-298/562.05)]0.38×33.6=30.69KJ/mol∫354C p苯dT=[119.1207×(354-298)－9.995542×10-2×(3542-2982)／2＋5.251917×10﹣4×(3543-2983)／3]=7979.3J/mol则：Q塔顶气化苯=n塔顶气化苯×△v H354，苯气化+ n塔顶气化苯×∫354C p苯dT= (n循环苯/0.97)×30.69×103+(n循环苯/0.97)×7979.3= n循环苯×3.987×104=(3.987×104)n循环苯②塔顶HCl：Q塔顶HCl=n塔顶HCl∫354C p HCl dT=10.26×[3.827×(354-298)－2.936×10-3×(3542-2982)／2＋0.879×105(3543-2983)／3－1.031×10﹣8×(3544-2984)／4＋0.439×10﹣11×(3545-2985)／5﹚] =( 10.26×196.48 )KJ/h =2.009×103KJ/h③塔顶Cl2：Q氯化液中的Cl2= n氯化液中的Cl2∫354C p Cl2dT=0.039×[3.0560×(354-298)＋5.3708×10-3×(3542-2982)／2－0.8098×10﹣5×(3543-2983)／3＋0.5693×10﹣8×(3544-2984)／4－0.15256×10﹣11×(3545-2985)／5﹚]=9.010KJ/h④塔顶H2: Q塔顶H2=n塔顶H2∫354C p H2dT=11.58×[2.8833×(354-298)＋3.6807×10-3×(3542-2982)／2－0.7720×10﹣5×(3543-2983)／3＋0.6915×10﹣8(3544-2984)／4－0.2125×10﹣11(3545-2985)／5]=2.255×103KJ/h则：Q4= Q氯化液中的苯+ Q氯化液中的氯苯+Q氯化液中的二氯苯+ Q氯化液中的Cl2+ Q氯化液中的HCl+ Q塔顶气化苯+ Q + Q氯化液中的Cl2+ Q塔顶H2塔顶HCl=2.624×105+8.727×105+2.709.×103+40.28+1.155+(3.987×104)n循环苯+2.016×103+9.010+2.255×103=3.567×105+(3.987×104)n循环苯2.4 过程放出热Q2的热量衡算过程放出的热量可通过下式进行计算：Q2=（-△H主反应）+ （-△H副反应）分别计算出主反应的反应热△H主反应和副反应的反应热△H副反应2.4..1 主反应的反应热△H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)+Cl2（g）C6H5Cl(l)+HCl（g）(354K)△H主1 △H主2△H主r，25℃(298K) C6H6(l)+Cl2（g）C6H5Cl(l)+HCl（g）(298K)①以354K下的物料为初状态，298K下物料为末状态，进行计算△H主1：△H主1=n反应苯∫298C p苯dT+n反应Cl2∫298C p Cl2dT则：n反应苯∫298C p苯dT=9.958×(-7979.3)=-7.946×104 KJ/hn反应Cl2∫354C p Cl2dT=9.958×(-231.02)=-2.300×103 KJ/h△H主1=n反应苯∫298C p苯dT+n反应Cl2∫298C p Cl2dT=-7.946×104 -2.300×103 = -8.176×104 KJ/h②298K下化学反应的反应热为：△H主r，25℃= n氯苯△f H298，氯苯（l）+ n HCl△f H298，HCl（g）- n苯△f H298，苯(l)- n Cl2△f H298，Cl2 =9.958×103×(11-92.3-48.99-0)= -1.297×106 KJ/h（g）③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△H主2：△H主2=n生成氯苯∫354C p氯苯dT+n生成HCl∫354C p HCl dT则:n生成氯苯∫354C p氯苯dT =9.958×8764.2=8.727×104 KJ/hn生成HCl∫354C p HCl dT= 9.958×196.48=1.957×103 KJ/h△H主2= n生成氯苯∫354C p氯苯dT+ n生成HCl∫354C p HCl dT=8.727×104+1.957×103=8.923×104 KJ/h则: △H主反应=△H主1+△H主r，25℃+△H主2= -8.176×104-1.297×106+8.923×104 =-1.290×106 KJ/h2.4.2 副反应的反应热△H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)+2Cl2（g）C6H4Cl2(l)+2HCl（g）354K△H副1 △H副2△H副r，25℃298K C6H6(l)+2Cl2（g）C6H4Cl2(l)+2HCl（g）298K①以354K下的物料为初状态，298K下物料为末状态进行计算△H主1：△H副1=n反应苯∫298C p苯dT+2n反应Cl2∫298C p Cl2dTn反应苯∫298C p苯dT=0.254×(-7979.3)=-2.027×103 KJ/hn反应Cl2∫354C p Cl2dT=0.254×2×(-231.03)=-1.174×102 KJ/h△H副1=n反应苯∫298C p苯dT+n反应Cl2∫298C p Cl2dT=-2.027×103-1.174×102 =-2.144×103 KJ/h②298K温度下化学反应的反应热为：△H副r，25℃=n二氯苯（l）△f H298，二氯苯（l）+n HCl（g）△f H298，HCl（g）-n苯(l)△f H298，苯(l)-n Cl2（g）△f H298，Cl2（g）=[0.254×(-17.5) +2×0.254×(-92.3)-0.254×48.990-0]×103= -6.378×104 KJ/h氯苯③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△H副2：△H副2=n生成二氯苯∫354C p二氯苯dT+2生成HCl∫354C p HCl dTn生成邻二氯苯∫354C p邻二氯苯dT =0.254×10665.9=2.709×103 KJ/h2n生成HCl∫354C p HCl dT=2×0.254×196.48=99.81 KJ/h△H副2= n l生成氯苯∫354C p氯苯dT+ n生成HCl∫354C p HCl dT= 2.709×103+99.81= 2.809×103 KJ/h则: △H副反应=△H副1+△H副r，25℃+△H副2=-2.144×103 -6.378×104+ 2.809×103= -6.312×104 KJ/hQ2 =（-△H主反应）+ （-△H副反应）=1.290×106+6.312×104=1.353×106KJ/h2.5 热损失Q7的热量衡算根据经验，取反应热的5%为热损失，则：Q7=5%Q2=0.05×1.353×106 = 6.765×104KJ/h2.6 总热量衡算由热量衡算方程:Q1+Q2= Q4+Q7，带入数据得：682.55×n循环苯+1.353×106=3.567×105+(3.987×104)n循环苯+6.765×104n循环苯=23.70最后相对误差为（23.70 – 18.60）/18.60×100%= 27.42%表2-4 热量衡算总表参考文献[8] 黄璐、王保国、化工设计、北京：化学工业出版社，2001:174-401[9] 马沛生、有机化合物实验性数据手册、北京：化学工业出版社，2006：427-556[10] 马沛生、化工热力学、北京：化学工业出版社，2005：347-380[11] 张濂、许志美、化学反应器分析、上海：华东理工大学出版社，2005：11-304。