Расчёт тепловых балансов ТХП

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.

 

VI. Примеры и задачи для самостоятельной работы

 

1. Определите расходные коэффициенты в производстве карбида кальция, содержащего 90% СаС₂, если сырье - антрацит марки АК с содержанием углерода 96%, известь (негашеная) с содержанием СаО 85%.

2. Рассчитайте теоретический расходный коэффициент 18%-ного раствора едкого натра для мерсеризации 1 т целлюло­зы, содержащей 5% влаги и 4% примесей.

Процесс мерсеризации целлюлозы можно выразить уравнением реакции:

 

[C₆H₇О₂(OH)₃]n + nNaOH→ [C₆H₇O₂(OH)₂OH∙ NaOH]_n

 

3. Рассчитайте выход этилового спирта на пропущенный
этилен при условии многократной циркуляции этилена,
если практический расходный коэффициент этилена 0, 65 т
на 1 т этилового спирта.

Этиловый спирт получается при взаимодействии этилена с водой

 

С₂Н₄+Н₂О↔ С₂Н₅ОН

4. В колонну для окисления твердого парафина загружают 40 т парафина, который занимает 75% объема колонны (вы­сота 10 м, диаметр 2, 5 м). Процесс окисления длится в среднем 18 ч. Рассчитайте производительность колонны и интенсивность процесса окисления парафина.

5. Определите производительность в сутки роторного резиносмесителя закрытого типа, если из него камеры каждые 10 мин выгружают 250 кг резиновой смеси.

6. Определите годовую производительность колонны синтеза аммиака в расчете на 100%-ный аммиак, если каждый час (на новых установках) вырабатывается 30 т 99%-ного ам­миака.

7. Составьте материальный баланс процесса нейтрализации азотной кислоты аммиаком на 1 т нитрата аммония (аммиачной селитры). Концентрация азотной кислоты 55%, газообразного аммиака - 100%, нитрата аммония - 85%. Потери аммиака и азотной кислоты - 1%. Нитрат аммония получают по реакции нейтрализации:

 

NH₃ +HNО₃ =NH₄NО₃ =NH₄NО₃ +Q_p

 

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

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

 

СН₂=СН₂ + Н₂О→ С₂Н₅ОН + Q_p

 

9. 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 563 К, а на выходе из реактора 614 К, конверсия за проход этилена 5%. Теплоемкость продуктов на входе и выходе одинакова и равна 27, 1 кДж/к моль. Побочные процессы и продукты не учитывать. Потери теплоты в окружающую среду при­нимаем 3% от прихода теплоты.

10. Рассчитать расходный коэффициент железного колче­дана с массовой долей FeS₂ 0, 84 для получения 70%-ного раствора серной кислоты массой 1 т. Массовая доля про­изводственных потерь составляет 0, 07.

11. Рассчитать расходный коэффициент известняка с мас­совой долей СаСО₃ 0, 89 для получения негашеной извести с массовой долей СаО 0, 94, СаСО₃ (недопал) 0, 012 и при­месей 0, 048.

12. При обработке 1 т фосфорита, содержащего 62% тре­тичного фосфата кальция Са₃(Р0₄)₂, серной кислотой было получено 727, 2 кг суперфосфата:

 

Ca₃(P0₄)₂ +2H₂S0₄ = Ca(H₂P0₄)₂ +2CaS0₄

 

Определить выход суперфосфата и расходный коэффици­ент руды.

13. Негашеная известь содержит 95% окисла СаО, 12% известняка СаС0₃ и 38% примесей. Получается она обжи­гом известняка, содержащего 85% СаСО₃. Рассчитать: а) расходный коэффициент известняка указанного состава на 1 т СаО; б) степень обжига известняка.

14. Вычислить выход алюминия, на производство каждой тонны которого расходуется около 2 т гинозема с массо­вой долей Al₂O₃ 0, 945. Следует учесть, что алюминий не содержит примесей.

15. Определить выход сульфата аммония по отношению к расходуемым кислоте и аммиаку, если для его получения массой 1 т практически расходуется 0, 97 т 78%-ной сер­ной кислоты и 0, 27 т аммиака.

16. Какая масса 96%-ной серной кислоты получится из 60 кг пирита с массовой долей выхода продукта 0, 85?

17. Вычислить массу фосфорной кислоты, получаемой при обработке фосфата кальция серной кислотой, и определить расход фосфата кальция.

18. Вычислить массу карбида кальция, необходимого для получения 0, 1 м³ сухого ацетилена (при н.у.), если коэф­фициент превращения равен 0, 91.

19. Определить массу кальциевой селитры, полученной в результате обработки мела азотной кислотой массой 10 т. Выход селитры составил 85%.

20. Определить выход суперфосфата и расходный коэф­фициент руды, если при обработке серной кислотой фосфорита массой 1 т с массовой долей фосфата кальция 0, 62 было получено 727, 2 кг суперфосфата:

Ca₃(P0₄)₂ +2H₂S0₄ =Ca(H₂P0₄)₂ + 2CaS0₄.

VII. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ДОМАШНИХ РАБОТ

 

Работа должна быть выполнена на компьютере. В виде исключения работа может быть выполнена в рукописном варианте. Листы контрольной работы должны быть пронумерованы. Первой страницей считается титульный лист, на котором номер не ставится. На титульном листе должна быть надпись исполнителя и дата. В конце работы должна быть подпись исполнителя и дата. В конце работы должен быть представлен список использованной литературы по правилам, определяемым ГОСТом 7.1 – 84. Рекомендуется использовать алфавитный вариант группировки литературы. Если при выполнении работы были использованы законодательные и нормативные документы и акты, то они излагаются в начале списка литературы в порядке от более значимых к менее значимым.

Дополнительный справочный материал допускается помещать в приложениях. Приложения обозначаются заглавными буквами русского алфавита, начиная с А. Каждое приложение следует начинать с новой страницы и оно должно иметь заголовок. Приложения должны иметь общую с остальной частью сквозную нумерацию страниц.

VIII. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

Основная литература:

1. Никитин Е.Е. Технология химических производств. Конспект лекций. СПб, СПбГИЭУ, 2011. – 92 с.

2. Василев В.В., Саламатова Е.В. Основы химии нефти. Конспект лекций. СПб, СПбГИЭУ, 2011. – 72 с.

3. Василев В.В., Саламатова Е.В. Технология переработки нефти и газа и производства масел. Конспект лекций. СПб, СПбГИЭУ, 2011. – 62 с.

4. Никитин Е.Е. Технология конструкционных материалов. Конспект лекций. СПб, СПбГИЭУ, 2011. – 76 с.

5. Карпов К.А. Технологическое прогнозирование развития химических производств: Учебное пособие. СПб, СПбГИЭУ, 2009. – 275 с.

 

Дополнительная литература:

1. Соколов Р.С. Химическая технология: Учебн. пособие для студ. вузов: В 2т. – М.: Гуманит. изд. Центр ВЛАДОС, 2000.

2. Березина З.Н. Химическая технология основных производств: Учеб. пособие для вузов. Тюмень, Тюм. ГНГУ, 2000.

3. Бесков В.С., Сафронов В.С. Общая химическая технология и основы промышленной экологии: Учебн. пособие. М.: Химия, 1999.

4. Кутепов А.М. Бондарева Т.И. Беренгартен М.Г. Общая химическая технология: Учебн. для техн. вузов. – М.: Высшая школа, 2003.

5. Баннов П.Г. Процессы переработки нефти. – М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2000.

6. Зыков Д.Д. и др. Общая химическая технология органических веществ. – М.: Химия, 1986.

7. Лебедев Н.И. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. Учебник для вузов. – М.: Химия, 1988.

8. Потехин В.И., Потехин В.В. Основы теории химических процессов технологии органических веществ и нефтепереработки: Учебник для вузов. – СПб.: Химиздат, 2005.-912с.

9. Расчеты по технологии неорганических веществ. Уч. Пособие для вузов / Под ред. М.Е.Позина. – Л.: Химия, 1988.

10. Сороко В.Е. Основы химической технологии. Уч. пособие для техникумов. – Л.: Химия, 1986.

11. Технология химических производств. Методические указания к выполнению курсового проекта. СПб, СПбГИЭУ, 2006.

12. Химическая технология / Под научн. ред. акад. П.Д. Саркисова. М.: РХТУ, 2003.

13. Эрих В.Н., Расина М.Г., Рудин М.Г. Химия и технология нефти и газа. – Л.: Химия, 1985.

Приложение 1

Лист регистрации изменений

№ п/п	Номера разделов, где произведены изменения	Документ, в котором отражены изменения	Подпись	Расшифровка подписи	Дата введения изменений

 

⇐ Предыдущая1234

Поделиться:

Популярное:

1. II.4.1 Гидравлический расчет кольцевых газовых сетей высокого давления
2. III. 35. Виды тех. карт и методика расчёта затрат на возделывание с/х культур.
3. III/5. Показатели экономической эффективности использования капитальных вложений и методика их расчета.
4. IV. 3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
5. IV. Расчёт экономических показателей.
6. IV.5. РАСЧЕТ ИНЖЕКЦИОННОЙ ГАЗОВОЙ ГОРЕЛКИ
7. Аллах дарует удел без расчета, кому пожелает
8. Анализ расчетов с покупателями и заказчиками в сельскохозяйственном предприятии.
9. Анализ результатов статистических компьютерных расчетов
10. Аналитические показатели рядов динамики. Методика расчетов и экономический смысл.
11. Аудит расчетов с внебюджетными фондами.
12. Аудит расчетов с подотчетными лицами.