Расчет материального баланса ⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 8Следующая ⇒ Расчет материального баланса будем вести, приняв производительность установки 5 т/сут. Синтез ведется в реакторе идеального смешения периодического действия, поэтому все расчеты будем вести на один цикл. В процессе производства целевого продукта – борат метилфосфита протекают следующие реакции [24]: Основная реакция:     Побочная реакция:     Основные данные для расчета материального баланса сведем в таблицу:   Таблица 3.1 – Основные данные для расчета Статьи Размерность Величина Производство по борат метилфосфиту, П т/сут 5 Время одного цикла ч 3 Технологический выход, f % 97 Молярное соотношение Н3ВО3/ДМФ доли 1: 3 Степень превращения, х % 98 Селективность основной реакции, Ф % 98, 3 Состав исходных реагентов, W: %   Борная кислота хч Н3ВО3 – борная кислота (А) Na2SO4 – сульфат натрия     98 2 Диметилфосфит хч С2Н7РО3 – диметилфосфит (В) СН5РО3– монометилфосфит (С)     99 1 Молярные массы, М: Н3ВО3 – борная кислота Na2SO4 – сульфат натрия С2Н7РО3 – диметилфосфит (ДМФ) СН5РО3– монометилфосфит (ММФ) Борат метилфосфит (целевой) (D) Борат метилфосфит (побочный) (E) CH3OH – метанол (F) кг/кмоль   62 142 110 96 326 126 32   Уравнение материального баланса имеет вид:     где  – количество борной кислоты идущей на основную и побочную реакции соответственно; – количество метанола выделяющегося в основной и побочной реакции соответственно;  – не прореагировавшее количество борной кислоты, ДМФ и ММФ соответственно. 1. Перевод производительности основному продукту из т/сут в кг/цикл.     2. Количество целевого продукта с учетом технологического выхода.   Потери целевого продукта.     3. Количество борной кислоты, требуемое на образовани 1, 98 кмоль/цикл целевого продукта.     4. Количество борной кислоты с учетом селективности.     5. Количество борной кислоты с учетом степени превращения.     6. Количество борной кислоты идущей на побочную реакцию.     7. Количества веществ образовавшихся в побочной реакции.   8. Количество метанола образовавшегося в основной реакции.     9. Количество не прореагировавшей борной кислоты. 10.   11.Количество технической борной кислоты требующегося для получения 1, 92 кмоль/цикл целевого продукта.     12.Количество сульфата натрия (примесь).     13.Количество диметилфосфита из заданного мольного соотношения.   Количество диметилфосфита расходуемого на основную реакцию.     14.Количество не прореагировавшего диметилфосфита.     15.Количество технического диметилфосфита требующегося для получения 1, 98 кмоль/цикл целевого продукта.     16.Количество монометилфосфита (примесь).     17.Количество монометилфосфита идущего на побочную реакцию.     18.Количество не прореагировавшего монометилфосфита   Таблица 3.2 – Приход материальных потоков Вещество кг/цикл %, масс. кмоль/цикл %, моль. Н3ВО3 254, 41 15, 63 4, 10 24, 73 Na2SO4 5, 19 0, 32 0, 04 0, 22 ДМФ 1354, 11 83, 21 12, 31 74, 19 ММФ 13, 68 0, 84 0, 14 0, 86 Итого

1627, 39

100, 00

16, 59

100, 00

 

Таблица 3.3 – Расход материальных потоков

Вещество	кг/цикл	%, масс.	кмоль/цикл	%, моль.
Олигомер (целевой)	625, 00	38, 40	1, 92	11, 55
Метанол (осн. р-ция)	252, 99	15, 55	7, 91	47, 65
ММФ (непр.)	7, 12	0, 44	0, 07	0, 45
Na2SO4	5, 19	0, 32	0, 04	0, 22
Н3ВО3 (непр.)	5, 09	0, 31	0, 08	0, 49
ДМФ (непр.)	701, 88	43, 13	6, 38	38, 46
Олигомер (побоч.)	8, 61	0, 53	0, 07	0, 41
Метанол (поб. р-ция)	2, 19	0, 13	0, 07	0, 41
Потери	19, 33	1, 19	0, 06	0, 36
Итого	1627, 39	100, 00	16, 59	100, 00

 

Тепловой баланс стадии синтеза

Тепловой баланс составляется на основе закона сохранения энергии, в соответствии с которым:

 

,

 

где Q_вх – теплота приходящая с материальными потоками в реактор; Q_вх – теплота уходящая с материальными потоками из реактора; Q_потерь – потери.

Как указывалось в разделе 3, ввиду того, что для синтеза выбран РИС-П, все расчеты ведутся на один цикл.

 

Т₁ = 298 К; Т₂ = 393 К.

Таблица 4.1 – ТД величины веществ, приходящих с реакционным потоком

Состав реакционного потока

G_i,

кмоль/ц

С_Р = f(T)

Δ Н_f298⁰

кДж/моль

а в·10³ с´ ·10^-5 с·10⁶ 1 2 3 4 5 6 7 Н₃ВО₃ 4, 10 81, 39 – – – -1094, 89 Na₂SO₄ 0, 04 78, 53 71, 96 – – -770, 9 С₂Н₇РО₃ 12, 31 79, 39 21, 62 -19, 21 – -784, 14 СН₅РО₃ 0, 14 68, 65 18, 23 -17, 32 – -712, 35

 

Таблица 4.2 – ТД величины веществ, уходящих с реакционным потоком.

Состав реакционного потока	Gj, кмоль/ц	СР = f(T)				Δ Нf2980 кДж/моль
		а	в·103	с´ ·10-5	с·106
1	2	3	4	5	6	7
Борат метилфосфит (основной)	1, 92	432, 38	114, 35	-36, 74	–	-4049, 34
СН3ОН	7, 91	15, 29	105, 27	–	-31, 07	-79, 634
СН5РО3непр	0, 07	68, 65	18, 23	-17, 32	–	-712, 35
Na2SO4	0, 04	78, 53	71, 96	0, 00	–	-770, 9
Н3ВО3 непр	0, 08	81, 39	–	–	–	-1094, 89
С2Н7РО3 непр	6, 38	79, 39	21, 62	-19, 21	–	-784, 14
Борат метилфосфит (побочный)	0, 07	132, 59	37, 75	-7, 83	–	-712, 35
СН3ОН поб	0, 07	15, 29	105, 27	-31, 07	-31, 07	-79, 634
Потери	0, 06	432, 38	114, 35	-36, 74	–	-4049, 34

 

Теплоемкость компонентов определяем как:

 

 

Таблица 4.3. Теплоемкость веществ при температурах Т₁ и Т₂.

Состав входящего реакционного потока при Т1 = 298 К		Состав выходящего реакционного потока при Т2 = 393 К
Вещество	СР, Дж/(моль·К)	Вещество	СР, Дж/(моль·К)
Н3ВО3	81, 39	Борат метилфосфит (основной)	453, 53
Na2SO4	99, 97	СН3ОН	51, 86
С2Н7РО3	64, 20	СН5РО3непр	64, 60
СН5РО3	54, 58	Na2SO4	106, 81
		Н3ВО3 непр	81, 39
		С2Н7РО3 непр	75, 45
		Борат метилфосфит (побочный)	125, 15
		СН3ОН поб	51, 86
		Потери	453, 53

 

Количество теплоты приходящее с реакционным потоком.

 

 

где G_i –мольный поток вещества,

c_pi - теплоемкость вещества,

T₁ – начальная температура входящего потока.

 

Теплота химической реакции.

 

 

Исходные данные и результаты расчета представим в виде таблицы

 

Таблица 4.4 – Результаты расчета тепловых эффектов

Состав входящего реакционного потока при Т1 = 298 К			Состав выходящего реакционного потока при Т2 = 393 К
Вещество	Gi, кмоль/ц	Дж/моль	Вещество	Gj, кмоль/ц	Дж/моль
Н3ВО3	4, 10	-1087158	БМФ (основной)	1, 92	-4007491
Na2SO4	0, 04	-763115	СН3ОН	7, 91	-77246
С2Н7РО3	12, 31	-778059	СН5РО3непр	0, 07	-706635
СН5РО3	0, 14	-707151	Na2SO4	0, 04	-761078
			Н3ВО3 непр	0, 08	-1087158
			С2Н7РО3 непр	6, 38	-777447
			БМФ  (побочный)	0, 07	-699150

 

Результаты расчета тепловых эффектов

			СН3ОН поб	0, 07	-77246
			Потери	0, 06	-4007491
	-14159990			-13714555

 

 

 

– реакция эндотермическая.

Рассчитаем количество тепла, необходимое для нагревания исходных веществ до температуры 393 К по следующей формуле:

 

,

 

где G_i – количество i-го компонента,

c_{p, i} – теплоемкость i-го компонента при Т₂.

 

Таблица 4.5 – Теплоемкость исходных веществ при температуре Т₂ = 393 К.

Состав реакционного потока	Gi, кмоль/цикл	СР = f(T)				СР393 Дж/моль
		а	в·103	с´ ·10-5	с·106
1	2	3	4	5	6	7
Н3ВО3	4, 10	81, 39	–	–	–	81, 39
Na2SO4	0, 04	78, 53	71, 96	–	–	106, 81
С2Н7РО3	12, 31	79, 39	21, 62	-19, 21	–	75, 45
СН5РО3	0, 14	68, 65	18, 23	-17, 32	–	64, 60

 

 

Тепло, выходящее из реактора с продуктами реакции:

 

,

 

где Т₂=393 К.

 

Ввиду того, что в результате химического превращения ни одно из веществ не претерпевает фазового перехода, то Q_ф = 0 Дж/цикл.

Примем, что тепловые потери составляют 3% от приходящего тепла.

 

 

Уравнение всего энергетического баланса для нашего случая примет вид:

 

 

Количество тепла подводимое:

 

 

Из приведенных расчетов следует, что тепло нужно подводить.

Ориентировочная поверхность теплообмена

 

,

 

где Δ Т – средняя разность температур, Δ Т=50 ^оС; k – коэффициент теплообмена, k = 270 Вт/(м²·К).

,

 

где 1000 – количество Дж в 1 кДж; 7200 секунд – время синтеза цикла.

 

Таблица 4.6 Тепловой баланс.

Приход тепла			Расход
Тепловой поток	10-3	%	Тепловой поток	10-3	%
Qвх	338427, 90	26, 36	Qвых	713399, 06	55, 58
QF	951762, 49	73, 64	Qпот	10152, 84	0, 79
			QР	445435, 13	34, 19
			Qнагр	121203, 34	9, 44
Итого	1290190, 37	100	Итого	1290190, 37	100

 

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: