采用比热计算热量方法的比较研究

第 7卷 第 1期 2003年 3月 石河子大学学报(自然科学版) Journal of Shihezi University(Natural Science) Vo1．7 No．1 Mal"．20o3 文章编号：1007．7383{2003}01-0073-03 采用比热计算热量方法的比较研究 肖芙蓉，王运华 (石河子大学师范学院化学系 ，新疆 石河子 832003) 摘要 ：介绍了常用 6种 比热计算热量的方法 ，比较了以上方法的准确性和适用性 。 关键词 ：比热 ；热量 ；计算 ；正确方法 中图分类号 ：0642．1 文献标识码 ：A ‘ 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比热或 焓，焓是状态函数 ，使用焓值计算过程 中的热量是最 准确的方法 J¨。但一般情况下缺乏焓值数据，人们 通常采用比热数据计算过程中的热量 。在教学科研 中我们发现 ：部分工程技术人员对如何正确地使用 比热来计算热量的方法认识模糊，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计算正确的方法 ，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。 1 常用热量计算方法 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)： 1)由手册或数据表查 出 l和 时的焓值 日， 和 ，然后按下式计算热量： Q = n( 一HI)。 2)由手册或数据表查出 l和 7’2时的平均比热 和 ，再采用下式进行热量 Q的计算： Q ： n( 二 )( — ．) 3)先求取平均温度 ÷ ，然后查出平均温度时的 比热 Cp,m,再采用下式进行热量计算 ： Q =nC。， ( —T1)。 4)由手册或数据表查 出 ，和 时的真 比热 c ，m．和 c ， ，再采用下式进行热量 Q的计算 ： Q=nG， ，I"2一n l。 5)由手册或数据表查出并求取从基准温度 710 到 l及 7’2时的平均 比热 p．mI(To～T1)和 p． (To～ )，再采用下式进行热量 Q的计算 ： Q=nCp， (1"2—71o)一 凡cp’m．(Tl一71o)。 6)利用 比热计算经验方程式 C⋯ =a+p + 7 +⋯或 C ， =A+B +C T一 +⋯(式 中 a、p、7 或 A、B、C等均为常数 ，可在化工手册中查得)，再按 下式计算热量 ： Q=n f Co,mdT=[a +吉p +专7 + ⋯ ] ，适用于有机物气体物质 ； 或 Q=n f cp， d =[A +—}B 一CT一 + ⋯ ] ，适用于无机物气体物质。 2 分析与讨论 2．1 不同方法计算结果的准确度比较 以上 6种算法除焓值计算法是已知准确的算法 之外，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 收稿 日期 ：2002．07．15 作者简介：肖芙蓉(1974-)，女 ，助教 ，主要从事物理化学研究。 维普资讯 http://www.cqvip.com 74 石河子大学学报(自然科学版) 第 7卷 规定条件下能作为正确的方法可被选用?作者查阅 有关著作及文献_2“j，未见有专门论述。 我们选取 3种典型气体物质 ：1 tool cI-h、l mol N，和 1 rnol H20(g)为研究对象，利用手册_5j数据按 上述 6种算法计算 4OO～1400 K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 见表 1。 表 1 6种方法计算结果准确度的比较 由表 1显示 ，方法 2、3、4的计算结果误差值都 较大，其中方法 4由于将物质体系看作理想气体体 系，产生了很大的正误差，最不可取 ；方法 5、6是可 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。 2)采用 比热计算热量时，在任意温度范围内方 法 5、6是可选 的 2种方法。经验表明 ，方法 6虽然 计算时需繁琐的积分步骤，但其结果较准确可靠，对 于精确的热量计算(E，<1％)，该法是唯一可选的正 确方法。方法 5计算过程相对较简单，经验表明，其 计算结果的 ，值一般在 1％一10％，在此条件下， 该法是一种可选的正确方法。 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随着温度范围的缩 小，其计算误差逐渐减小 ，在温度变化范围小到一定 程度时，P与m可看作常数。上述 2种计算方法等 同，即均可按 Q = nC ， (T2一T1)进行热量计算。 该计算式使用简单，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进行热量计算所得结果 的误差仍很 大。我们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 E (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 中的热 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 4OO一700 K时 其 ，在 10％以内，而对于有机物质体系，即使在很 小的温度范围内其误差值都较大。 表 2 使用方法 3计算常见气体物质在不同温度范围内热■的 ／％ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 1期 肖芙蓉，等：采用比热计算热量的比较研究 75 3 结论 1)由以上几点讨论得出，采用 比热计算热量时， 正确的方法是 ： (1)由手册或数据表查出并求取从基准温度 71b 到 及 T2时的平均 比热 ．肌(71b～7’1)和 ，III， (71b～712)，再采用下式进行热量 Q的计算 ： Q=nCp， (712一To)一nCp，IIll(7’l一710)。 (1) 经验表明，该法可用于误差值 1％ ～10％的热 量计算。 (2)利用比热计算经验方程式 C ， =a+p + 7712+⋯，或 Cp ， = A+BT+C 7’一 +⋯。 (2) 式中 a、口、7或 A、B、c等均为常数 ，可在化工手 册中查得 ，再按下式计算热量 ： Q=凡J cp， d =[a ‘+专p +专了7d+ ⋯ ] ， (3) Q=凡』 c p' d 7’= [A 7’+吉B 一CI'一 + ⋯ ]TT、-2， (4) 式(3)适用于有机物气体物质 ，式 (4)适用于无 机物气体物质。 经验表明，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，此时比热可视为常数 ，可用 式 Q=，lc ， (712一 )， (5) 计算过程热量， ， 是平均温度垦÷ 时的平均比 热。但式(5)最适用于双原子分子的无机气体物质， 对于有机气体物质体系不适用。 参考文献： [1]傅献彩，沈文霞．物理化学·第 4版[M]．北京：高等教育 出版社 ，1990，82-83． [2]张联科．化工热力学[M]．北京：化学工业出版社，1996， 61-62． [3]葛婉华．陈鸣得．化工计算[M]．北京：化学工业出版社． 1998，32-36． [4]陈钟秀，顾飞燕．化工热力学[M]．北京：化学工业出版 社 ，1993，66-82． [5]《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． Correct Methods for Calculating Heat Quantity by Using Specific Heat XIAO Fu-rong，W ANG Yun-hua (Department of Chemistry，Teachers College，Shihezi University，Shihezi，Xinjiang，832003，China) Abstract：The paper discusses the accm-acy and applicability of various methods for calculating heat quantity by using of specific heat．It has directive function for US to fully understand an d master the correct metheods for calculating heat quan． tity in chemical process． Key words：specific heat；heat quantity；calculating；correct methods 维普资讯 http://www.cqvip.com