Расчёт материальных балансов

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 5Следующая ⇒

Пример 1. Составьте материальный баланс процесса нейтрализации азотной кислоты аммиаком на 1т нитрата аммония, (аммиачной селитры). Концентрация азотной кислоты 55%, газообразного аммиака—100%, нитрата аммония—85%. Потери-аммиака и азотной кислоты—1%.

Решение. Нитрат аммония получают по реакции нейтрализации:

NH₃.+ HNO_s=NH4NO3 + Q_P.

Молекулярные массы M_r(NH3)=17, M_r(HNO3)=63, M_r(NH4NO3)=80

Рассчитываем приход. В. соответствии с уравнением 1а на 1 кмоль NH₃ образуется 1 кмоль NH₄N0₃. Масса аммиака, необходимая для производства 1 т NH₄NO₃ (100%):

A_T

С учетом потерь производства:

A_пр=212, 5·1, 01=214, 6 (кг)

Определяем массу азотной кислоты (100%-ной), необходимой для производства 1т NH₄NO₃ (A_T):

А_Т

Определяем А_пр-массу азотной кислоты с учетом потерь производства и концентрации HNO₃:

А_пр=

С азотной кислотой поступает вода:

1446, 2-795, 4=640, 8(кг)

Общая масса реагентов, поступивших на нейтрализацию:

214, 6+1446, 2=1660, 8(кг)

Определяем расход 85%-ного раствора нитрата аммония, получается:

1000: 0, 85=1176, 47(кг).

Потери HN₃составляют:

795, -787, 5=7, 9(кг)

Масса испарившейся воды (соковый пар) составляет:

1660, 8-(1176, 47+2, 1+7, 9)=474, 33(кг)

Результаты расчётов сведены в таблицу.

Таблица 2

Материальный баланс процесса нейтрализации азотной кислоты аммиаком

Приход	Расход
Исходное вещество	m, кг	Продукт	m, кг
HNO₃ H₂O NH₃	795, 4 650, 8 214, 6	NH₄NO₃ ( в пересчёте на 100%) H₂O (соковый пар) Потери NH₃ Потери HNO₃	176, 47 474, 63 2, 1 7, 9
Итого	1660, 8		1660, 8

Пример 2. Составьте упрощенный материальный баланс производства этилового спирта прямой гидратацией этилена. Состав исходной парогазовой смеси (в % по объёму): этилен – 60, водяной пар – 40. Степень гидратации этилена – 5%.Расчет вести на 1 т этилового спирта. Побочные реакции и давление не учитывать.

Решение. Получение этилового спирта прямой гидратацией этилена осуществляется при температуре 560К и давлении 80·10⁵Па по реакции, протекающей по уравнению

CH₂=CH₂+H₂O↔ C₂H₅OH+Q_р

Молекулярные массы: M_r₍_C₂_H₄₎=28, M_r₍_H₂_O₎=18, M_r₍_C₂_H₅_OH₎=46

Приход. Определяем теоретический расход этилена:

А_Т

Тогда практический расчёт этилена с учетом степени превращений составит:

608, 7: 0, 05=12174(кг) или (м³).

Находим объём водяного пара в парогазовой смеси:

(м³) или (кг)

Расход. Определяем, сколько водяного пара израсходовано на гидратацию:

9739, 3·0, 05=486, 97(м³)

Находим избыток водяного пара (проскок):

6492, 8-486, 97=6005, 8 (м³) или (кг)

Рассчитываем массу непрореагировавшего этилена:

12174-608, 7=11565, 3 (кг) или (м³).

Полученный данные сводим в таблицу.

Таблица 3

Материальный баланс производства этилового спирта прямой гидратацией этилена

Приход	Расход
Исходное вещество	m, кг	V, м³	Продукт	m, кг	V, м³
Этилен Водяной пар	5217, 5	9739, 3 6492, 8	Этиловый спирт Непрореагировавший этилен Избыток водяного пара	11565, 3 4826, 92	486, 95 9252, 3 6005, 8
Всего	17391, 5	16231, 6	Всего	17391, 5	15745, 05

Расчёт тепловых балансов

Пример 1. Один из методов получения ацетилена – термоокислительный крекинг (пиролиз) метана. Вычислите стандартную теплоту этой реакции при температуре 298К.

Решение. Схема реакции термоокислительного пиролиза метана:

11CH₄+5O₂→ 2C₂H₂+6CO+18H₂+CO₂+2H₂O

Рассчитаем Δ Н реакции пиролиза. Энтальпию образования вещества, участвующих в реакции, найдём в таблицах.

Δ Н^○ кДж/моль: CH₄-(-74, 85); C₂H₂-226, 75; CO – (-110, 5); CO₂-(-393, 51); H₂O - ( -241, 84); O₂ – 0; H₂ – 0.

Δ Н _р= 2 • 226, 75+6 (—110, 5) + (—393, 51) + 2(—241, 84)—11(—74, 85)=

= -263, 34 (кДж/Моль).

Так как Δ Н= - Q_р, Q_р=263, 34 кДж/моль.

Пример 2. Рассчитайте теплоту, выделяющуюся при образовании 100 кг метилового спирта из СО и Н₂. Энтальпия образования (в кДж/кмоль) составляет: СО - 110 583; Н₂ — 0, метилового спирта — 201 456.

Решение. Образование метилового спирта из СО и Н₂ протекает по реакции, выражаемой уравнением:

СО + 2H₂↔ СН₃ОН + Q_р,

где Q_p — тепловой эффект реакции.

Так как Q_P= -Δ Н,

где Δ Н — энтальпия реакции синтеза метанола, рассчитаем Δ Н:

Δ Н = -201455- (- 110683) = -90772 (кДж/кмоль).

Таким образом, Q_p=90772 кДж/кмоль.

Рассчитаем теплоту, выделяющуюся при образовании 100 кг метилового спирта:

Q= (кДж)

Где 32 – молекулярная масса метилового спирта в кг.

Составьте тепловой баланс реактора синтеза этилового спирта, где протекает реакция

СН₂=СН₂ + Н₂О↔ С₂Н₅ОН + Q_p (Q_p=46090 кДж/кмоль),

если исходный газ имеет состав: 40%. Н₂О и 60% С₂Н₄, скорость его подачи в реактор-гидрататор 2000 м³/ч, температура на входе 563K, а на выходе из реактора 614К, конверсия за проход этилена 5%. Теплоемкость продуктов на входе и выходе одинакова и равна 27, 1 кДж/кмоль. Побочные процессы и продукты не учитывать. Потери теплоты в окружающую среду принимаем 3% от прихода теплоты.

Решение. Находим состав исходного газа:

V(C₂H₄)=2000*0, 6= 1200 м³;

V(H₂О)=800-1200*0, 05=740 м³;

Определяем состав газа на выходе из реактора:

V(C₂H₄)=1200-1200*0, 05= 1140 м³;

V(H₂О)=800-1200*0, 05=740 м³;

V(C₂H₅ОН)= 1200*0, 05=60 м³.

Находим суммарный объем газа (на выходе из реактора):

V= 1140+740+60=1940 м³.

Тепловой баланс: Q₁+Q₂=Q₃+Q₄

Рассчитываем приход теплоты. Физическая теплота
газа:

Q₁=2000/22, 4*27, 1*290 = 701696, 5 кДж.

Теплота реакции:

Q₂=2000/22, 4*0, 6*46090*0, 05=123460 кДж.

___________

Всего: ∑ Q_{прихода}=825156, 5 кДж.

Определяем расход теплоты. Теплота, уносимая отходящими газами:

Q₃=1940/22, 4*27, 1*341 = 800345, 4 кДж.

Q₄=825156, 5*0, 03 = 24754, 7 кДж.

___________

Всего: ∑ Q_{расхода}=825100, 1 кДж.

Процесс идет с небольшим выделением теплоты.

⇐ Предыдущая 1 2 345 Следующая ⇒