采用热容计算热量方法的比较
第23卷 第2期 2002年12月
闽江学院学报
JOURNA L OF MIN J IANG UNIVERSITY
V ol. 23 N o. 2Dec. 2002
采用热容计算热量方法的比较
杨 平
(闽江学院化学系, 福建福州)
摘要:的正确计算方法具有一定的指导意义。
关键词:热容; 热量; 计算; .
中图分类号:O642.3文章编号:1009-7821(2002) 02-0074-03
of Methods for C alculating H eat Q uantity by Specific H eat
YANG Ping
(Chemistry Department o f Minjiang Univer sity , Fuzhou Fujian 350108)
Abstract :Thepaper discusses the accuracy and applicability of various methods for calculating heat quantity by use of specific heat. I t is directive function for us to fully understand and master the correct metheods for cacullaring heat quantity in chemical process. . .
K eyw ords :Specific Heat , Heat Quantity , Calculating , C orrect Methods.
热量衡算是化工生产和科研工作中经常涉及到的问题。计算热量通常采用的热力学数据是热容或焓。焓是状态函数, 使用焓值计算过程中的热量是最准确
1〕〔2〕的方法〔。但一般情况下焓值数据缺乏, 人们通常采
3〕
容C p ,m (T 1) 和C p ,m (T 2) , 按下式〔计算热量:
--
() ()
Q 2=n{}(T 2-T 1)
2(3) 先求取平均温度
-
--
用热容数据计算过程中的热量。在长期的教学实践与化工实习过程中, 作者发现:许多学生以及相当部分工程技术人员对如何正确地使用热容来计算热量认识模糊, 往往出现方法错误而造成较大的热量计算误差。因此, 充分了解和掌握化工过程中热量正确计算方法, 对于高效低耗进行生产以及获得准确的科学研究结果有着十分重要的意义, 本文就此谈一些见解。
1、常用热量计算方法
, 然后查出平均温度时2
4〕
该物质平均摩尔热容C p ,m 按下式〔计算热量:
Q 3=nC p ,m (T 2—T 1)
(4) 由手册或数据表查出T 1和T 2时的真热容C p ,m
4〕(T 1) 和C p ,m (T 2) , 按下式〔计算热量:
-
Q 4=nC p ,m (T 2) T 2-nC p ,m (T 1) T 1
(5) 由手册或数据表查出并求取从基准温度T 0到T 1及T 2时的平均热容C p m 2和C p m 2, 按下式
--
在工程设计计算或能量核算中, 经常使用的计算方法有以下几种(均为恒压过程) :
(21和, 〔5〕
计算热
量:
Q 5=nC p ,m 2(T 2-T 0) -C p ,m 1(T 1-T 0)
2
(6) 利用热容计算经验方程式C p ,m =α+βT +γT +
--
:
21
(2) 由手册或数据表查出T 1和T 2时的平均摩尔热收稿日期:2002-10-12
β、γ或A 、…或C p ,m =A +BT +CT -2+…(式中α、B 、C
作者简介:杨平(1962. 6-) , 男, 陕西紫阳县人, 闽江学院化学系副教授, 主要从事无机及分析化学的教学和研究。
74
5〕
等均为常数, 可在化工手册中查得) , 按下式〔计算热
外, 其它5种算法看起来都有其道理, 因此实际应用中每种方法的使用者不乏其人。究竟哪种算法在规定条件下能作为正确的方法可被选用? 作者查阅有关著作
2,3,4,5〕
及文献〔, 未见有专门论述。
量:
αQ 6=n T 2C p ,m dT =〔T +1
有机物气体物质)
2或Q 6=n T AT +T C p ,m dT =〔1
T
23T
2T +T +…〕T (用于123
2-1T
2T -CT +…〕T (用12
本文选取三种典型气体物质:1m olCH 4、1m olN 2和
1m olH 2O (g ) 为研究对象, 利用手册
〔6〕
数据按上述6种
于无机物气体物质)
2 分析与讨论
2. 1 不同方法计算结果的准确度比较
算法计算400K ～1400K 恒压变温过程的热量, 以焓算值为标准值, 其它算法所得结果与标准值相比较, 求得相对误差值(绝对值) 见表1以上6种算法除焓值计算法是已知准确的算法之
表1 6T able1C om paris on of six for the accuracy of the results
方法
(1)
(2) (3) (4) (5) ()
CH 4
Q ΠJ [**************]3
N 2
Q ΠJ [***********][1**********]1
H 2O (g )
Q ΠJ [***********][1**********]6
0. 0023. 4325. 5455. 010. 620. 46相对误差值Π%
0. 004. 985. 1712. 410. 900. 22
-
相对误差值Π%
0. 007. 708. 3322. 511. 820. 01
(3) 、(4) 的计算结果误差值 由表1显示, 方法(2) 、, , p T 用简单, 在工程计算精度要求不高时, 通常被人们使用。
通过计算发现, 在温度变化范围较小时对某些物质体系过程中的热量计算, 选用方法(3) 是正确的。但是, 还有许多物质体系即使在温度变化范围较小时, 使用方法(3) 进行热量计算结果误差仍很大。本文将常见气体物质在不同温度范围内, 使用方法(3) 计算过程热量, 其结果与焓算值比较, 求得相对误差值见表2。
表2显示, 常见的气体物质中双原子分子物质在较大的温度范围内, 使用方法(3) 计算过程的热量, 其值与焓算值的误差很小, 表明使用方法(3) 计算这类物质在较大的温度范围内都适用。
对于多原子分子的无机物质在400～700K 其相对误差值在10%以内, 对于有机物质体系, 即使在很小的温度范围内其误差值都较大。
都较大, 其中方法(4) 由于将物质体系看作理想气体体
(6) 是可系, 产生了很大的正误差, 最不可取; 方法(5) 、
行的计算方法。
2. 2 讨论
(1) 方法(1) 是利用焓值计算过程中热量的方
法, 该方法简单、准确、可靠。是过程中热量计算的首选方法。只有在没有焓值数据的条件下, 才考虑采用其它方法。
, (6) ) (5) , 1() 在1, (3) 方法(4) 由于将物质体系在整个温度范围内
当作理想气体来处理, 因此产生了很大的误差。工程计算中不可选用此法。
(4) 计算结果表明, 方法(2) 、(3) 随着温度范围
表2 使用方法(3) 计算常见气体物质在不同温度范围内热量的相对误差值(%)
T able2the R. E %of Heat Quantity of comm on G as Substances within the scope of tem peratures is calculated by Method (3)
-
温度范围(K )
N 2
400～5000. 13
400～6000. 29
400～7000. 78
400～8001. 54
400～9002. 46
400～10004. 31
C p ,m (400K ) 6. 98
75
H 2C O NO O 2O C O 2S O 2S O 3CH 4C 2H 4C 2H 6
0. 030. 050. 080. 021. 895. 145. 696. 389. 1111. 33
0. 110. 120. 220. 114. 337. 197. 889. 0313. 7816. 55
0. 250. 280. 440. 296. 1510. 9811. 2610. 5319. 1421. 15
0. 560. 660. 870. 637. 0516. 5716. 6415. 3127. 061. 152. 682. 971. 588. 9520. 2422. 0118. 1235. 6640. 2. 143. 113. 882. 6710. 1123. 1924. 2325. 6. 937. 017. 167. 19. 369. 9513. 069. 1411. 6514. 14
3 结论
(1) 由以上几点讨论得出, , 。
() ,
系恒压变温过程的热量时, :
①由手册或数据表查温0T 1及T 2p 1C p ,m 2再采用下式进
-
2〕
比乘积之和计算混合物的热容〔, 再利用公式Q =-
nC p ,m (T 2-T 1) 计算过程热量。
行热量Q nC p ,m 2(T 2-T 0) -nC p ,m 1(T 1～
T 0) 该法可用于误差值1%～10%的热量计算。
--
参考文献
1. 傅献彩、沈文霞合著. 物理化学(第四版) 〔M 〕, 北京:高
②利用热容计算经验方程式C p ,m
或C p ,m =A +BT +CT
-2
2
=α+βT +γT +…
等教育出版社,1990:31～32
2. 丁宏奇、单振业编. 化工工艺及计算〔M 〕, 中央广播电
β、γ或A 、+…(式中α、B 、C 等均
23T
2T +T +…〕T (用于123
2-1T
T -CT +…〕T 2(用12
为常数, 可在化工手册中查得) , 再按下式计算热量:
αQ =n T 2C p ,m dT =〔T +1
有机物气体物质)
或Q =n T AT +T 2C p ,m dT =〔1
于无机物气体物质)
该计算方法对过程热量计算结果误差在1%左右.
(2) 若温度范围较小, 此时热容可视为常数, 可用
--T
视大学出版社,1986:147～155
3. 张联科主编. 化工热力学〔M 〕, 北京:化学工业出版社, 1996:61～62
4. 葛婉华、陈鸣得等编, 化工计算〔M 〕, 北京:化学工业出
版社,1998:32～36
5. 陈钟秀、顾飞燕编. 化工热力学〔M 〕, 北京:化学工业出
版社,1993:66～82
6. 《化学工程手册》编委会. 化工基础数据〔M 〕, 北京:化
学工业出版社,1990.
下式Q =nC p ,m (T 2-T 1) 计算过程热量, C p ,m 是平均温度
时的平均热容。该式适用于双原子分子的无机2
(上接第73页)
的, 在最佳实验条件下测得花生壳中木质素的含量为
1. 02. 03. 04. 05. 06. 038. 8732. 3529. 8729. 1029. 1629. 23
回流时间(h ) 木素含量(%)
28. 9%。从花生壳木质素含量看与木材的木素含量相
当。因此, 利用花生壳采用合适方法分离木质素, 可以变废为宝综合利用自然资源, 对提高社会效益与经济效益意义重大。参考文献:
〔1〕蒋挺大. 木质素〔M 〕. 化学工业出版社,2001,3〔2〕2000和2001世界各国花生产量统计表〔J 〕. 花生学报. 2000,6(2) :20
〔3〕轻工部广州轻工学校编制浆造纸分析与检验〔M 〕・轻工业出版社. 1983年, P23～27
〔4〕林产化学工业手册(上册) 〔M 〕, 中国林业出版社
1980、9
3. 6 最佳测定条件重复性实验
根据以上实验结果, 最佳的测定条件为:在25℃恒温下, 用72%硫酸与试样作用2. 0h , 然后稀释酸浓度为3. 0%并加热回流4. 0h 。重复最佳测定条件实验, 测得花生壳木素含量为28. 9. 0%, 结果如表6所示。
表6 最佳测定条件重复性实验
T able6the Result in the best condition by the repeating experiment
实验序号
木素含量(%)
4 结论
1
29. 10228. 803平均值28. 9028. 90
采用硫酸法直接测定花生壳中的木质素是可行
76