5.1.2. Тепловой баланс при химическом превращении

Количество теплоты, выделившейся или поглощенной при протекании реакции, определяется тепловым э4хректом реакции £_р или изменением энтальпии реакции Л#_р, причем (>_р = -//_р. Теплоту хи­мической реакции рассчитывают исходя из термохимического уравне­ния, в котором 0_р является тепловым эффектом реакции:

У_аА + у_вВ + ... = У_кЯ + У₅$ + ... + £_р.

В литературе тепловой эффект 0_р обычно отнесен к стехиометрии реакции. Тогда выделившееся обшее количество теплоты в простой реакции*А0 "

<?ИСГ = <2г

в

= СЛ ^

V/

_{= е} "к - "яо

кгде ЛЛ^. - количество прореагировавшего исходного вещества или об­разовавшегося продукта.

Если задана степень превращения вещества А, общее количество теплоты от химической реакции:

для простой реакции

<?„« = ( /^у д) ^лЛч; (5-9)

для сложной реакции

При протекании в системе физических процессов, связанных с тепловыми явлениями (испарение, конденсация, плавление, сублима­ция, растворение):

4исг = ЩО*,*

где АО. - масса /-го компонента, изменившего свое фазовое состоя­ние; @ф_П — удельная теплота фазового превращения.

Изменение температуры потока вследствие протекания химичес­кого превращения

^АТ= «истЛСУ' где (/-масса потока; с_р - его теплоемкость

.

5.1.3. Форма представления материального и теплового балансов

Результаты расчета материального баланса записывают в виде таблицы (табл. 5.1).

Исходя из условия сохранения массы, цифры в местах, отмеченных знаком V, должны совпадать. Однако из-за ошибки вычислений и ок­ругления полученных результатов эти данные могут немного отличать­ся (см. и. 1.3)

Таблица теплового баланса имеет вид, аналогичный таблице мате­риального баланса.

5.2. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

Пример 5-1. Составить материальный баланс сжигания се­ры в печи производительностью (7₅ = 2500 кг/ч. Степень окисления се­ры ^ = 0,95. Коэффициент избытка воздуха а = 1,5. Расчет вести в кг/ч и м³/ч-

Решение. Процесс описывается уравнением 5 + 0₂ = $0₂. Масса серы:

окисленной до $0₂

{?§**= <%х₅ = 2375 кг/ч;

не окисленной

(7_$(1-*₅)= 125 кг/ч.

Израсходовано кислорода: на окисление

Расход (выход) Приход (вхол) Таблица 5.1. Материальный баланс Вещество	Количество				Вещество		Количество
	кг		%	кг			м3	%
А в с Итого	V			А (остаток) В (остаток) Я Б Итого		V

(7^22,4= 1663 м³/ч;

с учетом избытка

1663а = 2495 м³ или 2495Л/₀/22,4 = 3564 кг/ч.

Поступило азота с кислородом:

2495-79/21 » 9386 м³/ч или 9380^/22,4 = 11700 кг/ч.

Образовалось Я0₂ по реакции:

2375М_$с>2/М_$ - 4750 кг/ч или 4750-22,4/М_$0} = 1663 м³/ч.

Осталось неизрасходованного кислорода:

1663(а - 1) =832 м³/ч или 83Ш₀₂/22,4 - 1189 кг/ч.

Результаты сведены в табл. 5.2.

Таблица 5.2. Материальный баланс процесса сжигания серы Приход			Расход
Вещество	Количество		Вещество	Количество
	кг/ч	м3/ч		кг/ч	м3/ч
Воздух, в том числе:	2500	—	8 Воздух, в том числе:	125
о2	3564	2495	БО,	4750	1663
N2	11700	9380	N2	1189 11700	832 9380
Итого	17764	11875	Итого	17764	11875

Пример 5-2. Составить материальный баланс и найти количество подведенного тепла в процессе получения водорода конверсией мета­на водяным паром, описываемой реакциями:

СН₄ + Н₂0 — СО -Н ЗН₂ — С?_р1 (206,4 кДж) (1)

СО + Н₂0 = С0₂ + Н₂ + <?_р2 (36,6 кДж). (2)

Количество паров воды в киломолях поступает в 6 раз больше, чем метана, степень превращения метана х ~ 0,98, выход оксида углерода £_со = 0,96. Расчет ввести на 1000 м³/ч водорода.

Решение. В данной системе стехиометрических уравнений оба урав­нения являются независимыми (У = 5 - 3 = 2). Однако дчя облегчения расчетов полезно реакцию (2) заменить брутто-реакцией (3), которая получается суммированием реакций (1) и (2):

СН₄ + 2Н₂0 = С0₂ + 4Н₂ - 0_р3 (169.8 кДж). (3)Реакции (1) и (3) также представляют собой систему независимых уравнений, в которой превращение метана протекает по двум направ­лениям с частными степенями превращения х, и х₂. Степень превра­щения х_х соответствует выходу оксида углерода, степень превращения х₂ может быть определена как разность между общим превращением метана х и х_{. Находим х₂ = 0,02. Зная частные степени превращения, можно приступить к расчету количеств реагирующих веществ по фор­муле (2.2) или (2.16а).

Исходное количество метана

= V«*I ^{+ 4}*2> =

- 1000/(2,88 + 0,08) = 337,8 м³/ч или 241,3 кг/ч.

Исходное количество водяных паров

^кин₃о^{= 6к}осн₄ ^{= 2026}'^{8 м3}/ч или 1628,7 кг/ч.

Количество полученного монооксида углерода

У_со = Г_0СН4 х_{ =324,3 м³/ч или 405,4 кг/ч.

Количество полученного диоксида углерода У_С02 = УосцХ₂= 6,8 мУч или 13,3 кг/ч.

Количество оставшихся водяных паров Уц₂0 *он₂о ~ Чкли ^ ^{+ =} = 2026,8 - 337,8(0,96 + 0,04) = 1689 м³/ч или 1869,8 кг/ч.

Данные расчета материального баланса сведем в табл. 5.3.

Таблица 5.3. Материальный баланс паровой конверсии метана Приход					Расход
Вещество	Количество				Вещество	Количество
	кг/ч	м3/ч		кг/ч		м?/ч
сн4 н2о	241,3 1628,7	337,8 2026,8		н2 СО со2 сн, Н20		89,3 405,4 13,3 4,8 1357	1000 324,3 6,8 6,8 1689
Итого } 1870 і			2364,6		Итого	1869,8	3026,9

Количество подведенной теплоты в процессе найдем по формуле (5.9): 1^^ст= О_р1К_оснх₁10³/(22,4-3600) +

+ 0_р2 К_оснх₂-10³/(3600.22,4) = -826,96кВт.

Пример 5-3. Составить тепловой баланс производства кегена пиро­лизом ацетона и рассчитать количество топлива - природного газа (98 объемных долей метана, %, + 2 объемные доли азота, %), необхо­димого для поддержания теплового режима процесса. Производитель­ность по кетену 1000 кг/ч, температура пиролиза 800 °С, степень пре­вращения ацетона в кетен х = 0,25. Потери теплоты не учитывать.

Химическая реакция получения кстена

(СН₃)₂СО =ф СН₂ = СО + СН₄ - е_р (83700 Дж).

Ацетон пооупает в процесс в жидком виде при температуре Т_их = 20 ^СС. Теплота испарения ацетона <)_исп = 553,5 кДж/кг, удельная теплоем­кость ацетона при 20 °С с _а = 2,26 кДж/(кгград), теплоемкость реак­ционной смеси с_р^см = 2,26 кДжДкг-град) при /_р= 800 °С, теплотворная способность метана (?т ⁼ 890 МДж/кмоль. Молекулярные массы: аце­тона А/_ац = 58, кетена Л/_кет = 42.

Решение. С учетом степени превращения количество поступившего в процесс ацетона С_ац = М_ац-1000/(Л/_кетх) = 5523,8 кг/ч.

Приход теплоты с потоком жидкого ацетона д^вх = (г^аис^^и/_вх = = 23 МО^-3 кДж/ч. Расход теплоты:

на испарение ацетона

<7^{ИСП =} = 3057-10"³ кДж/ч;

с отходящими газами

</^вмх = ^С_т^с™ 'р "⁹⁹⁸⁷'^10-3

в эндотермической реакции

^ = СацОр'¹⁰³/^ = ²⁰¹⁰~³

Таблица 5.4. Тепловой баланс процесса пиролиза Приход, кДж/ч		Расход, кДж/ч
С жидким ацетоном	23 МО"3	На испарение ацетона	3057- Ю-3
Теплота горения		С отходящими газами	9987-10 3
природного газа	12433-10 3	На химическую	20-10 ~3
		реакцию
Итого	13064-10"3	Итого	13064-10"3

Данные расчета теплового баланса сведем в табл. 5.4.

Суммарный расход теплоты </_расх = 13064-10³ кДж/ч, дефицит теп­лоты ?_дсф = 12833 10³ кДж/ч. Количество природного газа, необходи­мое для сжигания в зоне реакции, Ы_СМл = <7_ДСф/(?т ~ ^,4 кмоль/ч или в пересчете на природный газ А^ • 22,4/0,98 = 329 м³/ч. Расчеты сведе­ны в табл. 5.4.

Пример 5-4. Какое количество растворов серной кислоты с концен­трациями 92 % и 48 % массовых долей по Н₂50₄ нужно смешать, что­бы получить 1000 кг 83%-ной Н₂80₄?

Решение. В этой задаче целесообразно составить балансы по всей массе веществ и по компоненту (воде, серному ангидриду или моноги­драту Н₂80₄).

Баланс по всей массе веществ

°92 ⁺ ^48 ^{= С}83'

Баланс по компоненту (моногидрату Н₂50₄) %0,92 + С₉₂ 0,48 - %0,83.

После подстановки в эти уравнения исходных данных получим 6₉₂ = 795,5 кг и 6₄₈ = 204,5 кг.

Ш 5.3. ЗАДАЧИ

5-1. В абсорбционную установку (рис. 5.1) подается 10 000 м³/ч газа с 7,5% объемных долей 80₂. В результате абсорбции получают 2000 кг/ч олеума с содержанием 15% свободного Б0₃ и 93% массовых долей серной кислоты. Общая степень абсорбции равна 0,995%. Рас­считать материальный баланс установки и степень абсорбции в пер­вом абсорбере.

5-2. В абсорбционную установку (см. рис. 5.1) подается 20 000 м³/ч га­за с 7,8% объемных долей 50₂. В результате абсорбции получают оле­ум с содержанием 10% свободного 80₃ и 93% массовых долей серной кислоты. Степень поглощения триоксида серы в первом абсорбере со­ставляет 40%. Общая степень абсорбции равна 0,995%. Рассчитать ма­териальный баланс установки.

Серная

5-3. Составить уравнения материального баланса по газовой и жидкой фазам для расчета материальных потоков ХТС (см. рис. 5.1), если объ­ем входящего газа V-, концентрация серного ангидрида степень абсорбции в олеумном абсорбере р,, общая степень абсорбции (3.Отходящие t газы

Сернистый

Вода

газ

кислота

Олеум

Рис. 5. /. Схема материальных потоков абсорбционного отде­ления в производстве ссрной кислоты

5-4. Составить уравнения материального баланса для ХТС конверсии метана водяным паром с целью получения стехиометрической азотно- водородной смеси для синтеза аммиака (рис. 5.2). Объем метана, пода­ваемого на конверсию V-, мольное соотношения метана и водяного па­ра 1:3.

5-5. В установку конверсии метана водяным паром (см. рис. 5.2) пода ется 20 ООО м³/ч метана. Степень конверсии метана равна 0,98. Оксид углерода, образующийся в результате конверсии метана, подвергается конверсии водяным паром в следующем реакторе и степень его кон­версии составляет 0,96.

Рассчитать материальный баланс установки производства азотно- водородной смеси с соотношением азота к водороду как 1:3,1.

5-6. Составить материальный баланс ХТС (рис. 5.3) производства 1500 кг/ч 36%-ной ортофосфорной кислоты разложением апатита, со­держащего 52% СаО, 34% Р₇0₅, 4% массовых долей F, остальное бал­ласт, серной кислотой концентрацией 63%. Степень разложения фос­форита составляет 96%, степень отмывки кислоты на фильтре - 0,99. Соотношение твердой и жидкой фаз на выходе из реактора должно

Рис. 5.2. Схема материальных потоков в процессе конверсии метана водяным [[аром

Рис. 5.3. Схема получения фосфорной кислоты

Фосфогипс

быть 1:3. Влажность твердой фазы на выходе равна 35% массовых до­лей.

5-7. Составить материальный баланс реактора окисления аммиака, в который поступает аммиачно-воздушная смесь с расходом 10 ООО м³/ч, содержащая 9 объемных долей аммиака, %. Степень превращения ам­миака 0,98, а селективность по оксиду азота 0,95. Побочным продук­том считать только азот.

5-8. Составить уравнения материального баланса для расчета матери­альных потоков ХТС синтеза аммиака (рис. 5.4), если объем входяще­го газа К₀, концентрация метана в аммиачно-воздушной смеси (АБС) С_СНд, степень превращения ABC в реакторе X, рециркуляционный газ имеет состав: СН₄ , NH₃ и ABC.

5-9. Рассчитать материальный баланс ХТС (см. рис. 5.4) синтеза амми­ака производительностью 10 ООО кг/ч аммиака из аммиачно-воздуш­ной смеси (ABC), содержащей 0,5 объемных долей СН₄, %. Степень превращения АБС в реакторе равна 0,18. Состав рециркуляционного газа: СН₄ - 6,0%, NH₃ - 3%, остальное ABC.

5-10. Рассчитать состав и количество нигрозных газов, получаемых при окислении 850 м³/ч аммиачно-воздушной смеси, содержащей 9%

Смеситель Реактор Делитель

		-			Аммиак
? *
Рециркулирующий поток «				Сдувка ►

Рис. 5.4. Схема материальных потоков в установке синтеза аммиака

аммиака. Степень окисления аммиака равна 0,97, а выход оксида азо­та составляет 0,95.

5-11. В абсорбционную установку (см. рис. 5.1) подается 15 ООО м³/ч газа с содержанием 8,3% объемных долей $0₂. В результате абсорбции получают олеум с содержанием 20% свободного 50₂ и 98%-ную сер­ную кислоту. Степень абсорбции в олеумном абсорбере равна 0,2, а об­щая степень абсорбции — 0,99%. Рассчитать материальный баланс ус­тановки.

5-12. Составить химическую и структурную схемы получения ацетиле­на из негашеной извести и уравнения материального баланса, если из­вестны расход негашеной извести, ее состав и степени превращения.

5-13. Составить материальный баланс печи сжигания серы производи­тельностью 60 т/сут. Степень окисления серы 0,95 (остальная сера воз­гоняется и сгорает вне печи). Коэффициент избытка воздуха 1,5. Рас­чет вести на производительность печи по сжигаемой сере в килограм­мах в час.

5-14. Составить материальный баланс производства оксида этилена прямым каталитическим окислением этилена воздухом. Состав исход­ной газовой смеси - 3% объемных долей этилена в воздухе. Степень окисления этилена 0,5. Расчет вести на 1 т оксида этилена. Процесс описывается химическим уравнением 2СН₂ = СН₂ + 0₂ = 2(СН₂)₂0.

5-15. Составить материальный баланс печи окислительного обжига в производстве ванадата натрия ЫаУ0₃. Сырье: ванадиевый шлак, со­держащий 13% массовых долей У₂0₅, воздух, 1МаС1, расход которого составляет 10% массы шлака. Расчет вести на 1 т готового продукта. Процесс рассматривать как двухстадийный.

Первая стадия: 2ЫаС1 + 0,50₂ = Ка₂0 + С1₂. Вторая стадия: N330 +У₂0₅ 2ГчаУ0₃.

5-16. Составить материальный баланс хлоратора в производстве 1 т хлорбензола. Содержание продуктов в массовых долях, %: бензол - 65,0; хлорбензол - 32,0; дихлорбензол - 2,5; трихлорбензола - 0,5. Технический бензол содержит 97,5% массовых долей С₆Н₆, техничес­кий хлор - 98% массовых долей С1₂.5-17. Составить материальный баланс нитратора производительнос­тью 3 т/ч нитробензола. Выход нитробензола составляет 98% от тсоре-

тического. Состав нитрующей смеси, массовые доли, %: НГЧ0₃ — 20; Н₂50₄ - 60; Н₂0 - 20. Расход нитрующей смеси 4 кг на 1 кг бензола. Нитрование бензола осуществляется в реакторе по реакции

С₆Н₆ + Н1М0₃ = с₅н₅ыо₂ + н₂о.

5-18. Составить материальный баланс установки для получения амми­ачной селитры производительностью 20 г 1ЧН₄>Юз в час влажностью 5% массовых долей. В производстве применяется 47%-ная азотная кислота и 100%-ный газообразный аммиак. Потери азотной кислоты и аммиака в производстве составляют 1% производительности. Из ней­трализатора аммиачная селитра выходит в виде 60%-ного раствора МН₄М0₃ в воде. Определить количество влаги, испарившейся в ре­зультате экзотермической реакции нейтрализации НМО_я + МН₃ = = 1\^ГН₄1М0₃.

5-19. Рассчитать материальный баланс производства хлора методом электролиза водного раствора хлорида натрия:

2№С1 + Н₂0 = 2№ОН + С1₂ + Н₂0.

Концентрация №С1 в растворе 310 г/л. Степень разложения 50%. Плотность раствора при условиях электролиза 1,17 кг/л. Расчет вести на 1000 м³ хлора.

5-20. При газификации кокса, содержащего 96,5% С и 3,5% Н₂0 по массе, водяным паром получают водяной газ, в состав которого входит 6% С0₉ по объему. Рассчитать состав полученного газа и составить ма­териальный баланс процесса.

5-21. При термоокислительном крекинге метана для получения ацетиле­на смесь газов имеет следующий состав (объемные доли, %): С₂Н₂ — 8,5; Н₂ - 57; СО - 25,3; С0₂ - 3,7; С,Н₂ - 0,5; СН₄ - 4,0; Аг - 1,0. Опре­делить количество метана, которое нужно подвергнуть крекингу, что­бы из отходов крекинга после отделения ацетилена получить 1 т мета­нола: СО + 2Н₂ = СН^ОН. Из 1 т исходного метана получается после выделения ацетилена 1160 кг смеси газов.

5-22. Составить материальный баланс производства 1 т сульфата на­трия, если в производстве используется поваренная соль, содержащая 97% и купоросное масло, содержащее 93% массовых долей

Н₂80₄. Степень разложения МаС1 составляет 93%.

Рис. 5.5. Схема производства серной кислоты

Огарок Серная кислота

5-23. Составить материатьный баланс производства 1 т технического сульфида натрия (содержание - 96% массовых долей) из сульфа- та натрия (содержание №₂80₄ - 95,5% массовых долей) и электроли­тического водорода (содержание Н₂ - 97% массовых долей): №₂80₄ + + 4Н₂ = N338 + Н₂0. На побочные реакции (образование №Н8, N33563, N328303) расходуется 2% №₂80₄ и Н₂ от теоретически необ­ходимого количества для получения 1 т технического продукта.

5-24. Составить материальный баланс (рис. 5.5) производства 10 ООО т/ч 90,4%-ной серной кислоты из серного колчедана, содержащего 42% се­ры, при условии, что степень выгорания серы в колчедане составляет 97%, степень каталитического окисления диоксида серы - 99,3%, а сте­пень абсорбции триоксида серы - 99,5%. Обжиговый газ содержит 8% диоксида серы. Воздух влажностью 55% перед подачей в печь для обжи­га колчедана подвергается осушке получаемой серной кислотой.

5-25. Рассчитать материальный баланс производства 61.%-ной азотной кислоты при условии, что выход оксида азота при окислении аммиака составляет 97%. Побочные продукты окисления — только азот. Сте­пень абсорбции диоксида азота равна 99%. Аммиачно-воздушная смесь перед реактором окисления содержит 9% аммиака. Воздух, по­даваемый в производство, имеет относительную влажность 47%.

5-26. По условиям задачи 5-25 составить тепловой батане реактора окисления аммиака, считая, что температура воздуха равна 21 °С. Окисление аммиака ведется при температуре 850 ^СС. Потери теплоты в окружающую среду составляют 5% общего количества теплоты.

5-27. Составить материальный бачанс реактора окисления аммиака, в который поступает аммиачно-воздушная смесь с расходом 60 ООО м³/ч, содержащая 10% объемных долей аммиака. Селективность по оксиду азота составляет 0,95 при полном превращении аммиака. Принять, что в качестве единствен нот побочного продукта образуется азот.

5-28. Для условий задачи 5-27 составить тепловой батане реактора окисления аммиака, в котором протекают реакции:

4КН₃ + 50₂ = 4КО + 6И₂0 + 908 кДж

4NHз + 30₂ = Ы₂ + 6Н₂0 + 1270 кДж.

Принять следующие значения теилоемкостей для газов, кДж/(мольград): аммиак 38,5, кислород - 30,2, азот - 29,2, водяные пары - 38,0, оксид азота - 31,9. Температура в реакторе 1150 К, общее давление 0,7 МПа.

5-29. Рассчитать количество и состав газа, получаемого при окислении 900 м³ аммиачно-воздушной смеси, содержащей 6 массовых долей, %, аммиака в воздухе. Степень окисления аммиака составляет 0,97, выход оксида азота равен 95%. Считать, что аммиак окисляется до оксида азота (II) и азота.

5-30. Определить расход бурого угля (70% массовых долей углерода), водяного пара и воздуха для получения 1000 м³ генераторного газа, в состав которого входят, объемные доли, %: СО - 40, Н₂ - 18 и - 42. Процесс газификации протекает по реакциям: 1) С + Н₂0 = СО + Н₂ и 2) 2С + 0₂ = 2СО.

5-31. Составить материальный баланс процесса газификации 1 т кок­са, идущей по реакциям:

С + Н₂0 = СО + Н₂ - 131 кДж СО + Н₂0 = С0₂ + Н₂ + 42 кДж.

В коксс содержится 3% массовых долей зольных примесей, массовое соотношение пар/кокс составляет 1,5, степень превращения углерода в коксе - 0,98, выход монооксида углерода - 0,90. Найти также общее количество подведенной теплоты.

5-32. Составить материальный баланс процесса паровой конверсии метана

СН₄ + Н₂0 = СО + ЗН₂ - 206,4 кДж

и рассчитать количество потребляемой теплоты,если степень превра­щения СН₄ равна 0,95, мольное соотношение Н₂0/СН₄ = 3. Расчет ве­сти на 1000 м³ исходной парогазовой смеси

.5-33. Составить материальный баланс, рассчитать выход S0₂ и коли­чество выделенной теплоты при обжиге 1000 кг колчедана при стехио- метрической подаче воздуха:

4FeS₂ -t- 110₂ = 2Fe₂0₃ + 8 S0₂ + 3416 кДж.

Колчедан содержит пирит - FeS₂ и несгораемые примеси. Содержание серы в колчедане 41%, а в огарке — 0,5%.

5-34. Составить материальный баланс электрокрекинга природного газа (состав газа, объемные доли, %: СН₄ — 98; N₂ - 2)

2СН₄->С₂Н₂ + ЗН₂,

если степень превращения метана равна 0,51. Баланс составить:

а) на 1000 м³ исходного газа;

б) на 1000 м³ ацетилена:

в) на 1000 м³ водорода.

5-35. Составить материальный баланс производства 1500 кг/ч аммиач­ной селитры влажностью 3% массовых долей, получаемой нейтрализа­цией аммиачной воды, содержащей 25% массовых долей аммиака, азотной кислотой, содержащей 58% массовых долей HN0₃ при темпе­ратуре 105 °С. Водный раствор аммиачной селитры подают на вакуум- выпарной аппарат для удаления воды, а плав селитры после выпарки - на грануляцию. Степень превращения по азотной кислоте и аммиаку равна 100%. Потери аммиака в производстве селитры состаштяют 3% массовых долей.

5-36. Составить материальный баланс производства малеинового ан­гидрида воздушным окислением бензола. В реакторе окисления про­текают реакции:

СН-ССК

С₆Н₆ + 4,5 0₂ = || О + 2Н₂0 + 2СО-,

СН-ССК

СН-СО\ СН-СООН

| / о + н₂о = II

СН-СО СН-СООН.

Установка перерабатывает 2500 кг бензола в час при степени его превращения 0,98. Выход малеиновой кислоты на превращенный бен­зол составляет 4%. Мольное соотношение бензола и кислорода в паро­воздушной смеси равно 1:6.

5-37. Составить материальный и тепловой балансы реактора полиме­ризации стирола

пС₆Н₅СН = сн₂ -> (—СН—СН₂—)п + 68700 кДж.

Стирол в количестве 2000 кг/ч полается в реактор при температуре 50 °С. Реакция полимеризации осуществляется в изотермическом ре­жиме. Температура реакционной массы на выходе равна 145 °С. Сте­пень превращения стирола составляет 0,9. Температура охлаждающей воды на входе равна 20 °С, а на выходе - 60 °С.

Принять теплоемкости компонентов реакционной смеси следую­щими:

Теплоемкость, кДжДкгград), Стирол Полистирол

1,742 2,479

1,457 3,1

50 145

Потери теплоты составляют 1,5%.

при температуре, °С:Глава 6.

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА МАТЕРИАЛЬНОГО И ТЕПЛОВОГО БАЛАНСОВ ХИМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

Пример 6-1. Составить материальный баланс производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида кислородом воздуха и рассчитать технологические показатели производства.

Процесс окисления ацетальдегида в уксусную кислоту осуществля­ется в аппарате колонною типа при температуре 70—75 ^сС в присутст­вии солей и металлов переменной валентности, при этом протекают следующие реакции:

СН₃СИО + 0,50₂ -> СН₃СООН (1)

ЗСН3СНО + 30₂ НСООН + СН3СООН + н₂0 + СО, (2)4С0₂ + 4Н₂0.

(3)

2СН₃СНО + 50₂

Производство уксусной кислоты окислением ацетальдегида может быть организовано по схеме, приведенной на рис. 6.1. Схема превра­щений ацетальдегида

И

К+Я+О+З .8 + 0

М₂

ацетальдегид

Рас. 6.1. Схема материальных потоков в производстве уксусной кислоты окислением ацетальдегид

а

Молекулярные массы компонентов реакционной смеси: Л^_СКзсно ^{= 44}> ^СНзСООН ^{= 60}> ^нсоон ^{= 46}> ^мсо₂" ⁴⁴> ^НгО ^{= 18}-

Исходные данные

Производительность установки по ледяной уксусной

= Iv,_y г., 71

4 4) 0 —г) 441Н») 85

(¹⁺1г) 85

Я \ П Г, / 98