1. Растворение п-хлорбензойной кислоты в серной кислоте.

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₄ + Q₅ + Q₆

Расчет теплот Q₁ и Q₄ проводят по следующим формулам:

Q₁ = ΣG_iн* c_рн* Т_н

Q₄ = ΣG_jк* c_рк* Т_к ,

где G_iн, G_jк - масса исходных веществ и продуктов реакции, кг;

с_рн ,с_рк - удельные теплоемкости исходных веществ и продуктов реакции, кДж / кг*К;

Т_н ,Т_к - начальная и конечная температуры на данной стадии процесса, К;

Массы исходных веществ и продуктов реакции берут из данных материального баланса.

При отсутствии экспериментальных данных об удельных теплоемкостях, их величины могут быть вычислены по уравнению:

с_р = (Σ(с_ра* n)) / M ,

где с_ра - атомные теплоемкости элементов, кДж/кг*К;

n - число одноименных атомов в молекуле;

М - молекулярная масса соединения, кг/кмоль.

с_{р п-хлорбенз.кисл.} = (7,53 * 7 + 9,62 * 5 + 26,0 * 1 + 16,74 * 2) / 156,7 =

= 1,02 кДж/кг*К

Q₁ = 6385,5 * 293 = 187071,1 кДж = 1870,95 МДж,

Q₄ = 6385,5 * 313 = 1998192,0 кДж = 1998,66 МДж.

Расчет Q₂ осуществляется по формуле:

Q₂ = G_воды* c_рводы* (Т_к - Т_н) ,

где G_воды - масса нагревающей воды, кг;

с_рводы - теплоемкость воды, равная 4,19 кДж / кг*К;

Т_к, Т_н - конечная и начальная температуры нагревающей воды;

Т_к, = 50°С = 323 К; Т_н = 45°С = 318 К

Q₂ = G_воды* 4,19 * (323 - 318) = G_воды* 20,95 кДж

Q₃ - тепловой эффект процесса, кДж;

Q₃ = 0, так как никаких химических превращений не протекает.

Количество тепла, необходимое для нагревания отдельных частей аппарата:

Q₅ = G_ап* с_рап* (Т_{к ап} – Т_{н ап}) ,

где G_ап – масса аппарата, кг, равная 3350 кг [5];

с_{р ап} – теплоемкость материала аппарата, Дж/кг*К,

Т_{к ап}, Т_{н ап} – средняя температура отдельных частей аппарата в конце и

в начале нагревания, К.

Т_{к ап}, = 313 К ; Т_нап = 293 К.

Q₅ = 3350 * 521,25*10^-6 * (313 - 393) = 34,9 МДж;

Q₆ = 0 МДж;

1870,95 + G_воды*20,95*10^-3 = 1998,66 + 34,9

G_воды = (1998,66 + 34,9 – 1870,95) / 20,95*10^-3 = 7761,8 кг

Q₂ = 7761,8 * 20,95 = 162,6 МДж

Продолжительность стадии растворения п-хлорбензойной кислоты в серной кислоте.

τ = Q₂ / (k * Δt_ср* F_т/о) ,

где F_т/о - поверхность теплообмена ( 7,93 м² ), [5];

k - коэффициент теплопередачи принимаем равным 270 Вт/м²*К, [1];

τ - продолжительность процесса, мин.

Δt_ср - средняя разность температур.