Материальный баланс стадии промывки

Приход	кг	Расход	кг
1. Пропаренная ДНБК всего: ДНБК 61,7 кг  12,3 кг  0,1 кг	74,1	1. Промытая ДНБК всего: ДНБК 61,7 кг  12,4 кг	74,1
2. Вода	74,1	2. Промывная вода всего:  74,0 кг  0,1 кг	74,1
Итого	148,2	Итого	148,2

 

Таблица №17

Операционный материальный баланс стадии кристаллизации и фильтрации

Приход	кг	Расход	кг
1. Промытая ДНБК всего: ДНБК 61,7 кг  12,4 кг	74,1	1. Кристаллизованная ДНБК всего: ДНБК 55,3 кг  5,8 кг  5,3 кг	66,4
2. Этиловый спирт (50%)  138,9 кг  138,9 кг	277,8	2. Маточник всего:  145,3 кг  133,6 кг ДНБК 6,5 кг	285,5
Итого	351,9	Итого	351,9

 

Для снижения расхода этилового спирта примем, что половина маточного раствора возвращается в процесс.

 

Таблица №18

Операционный материальный баланс стадии кристаллизации и фильтрации с использованием маточного раствора

Приход	кг	Расход	кг
1. Пропаренная ДНБК всего: ДНБК 61,7 кг  12,4 кг	74,1	1. Кристаллизованная ДНБК всего: ДНБК 55,3 кг  5,8 кг  5,3 кг	66,4
2. Отработанный этанол всего:  66,8кг  72,6кг ДНБК 3,1 кг	142,5	2. Маточник всего:  145,5 кг  133,6 кг ДНБК 9,6 кг	288,7
3. Этиловый спирт (50%)  72,1кг  66,3 кг	138,3
Итого	355,0	Итого	355,1

 

Таблица №19

Материальный баланс стадии сушки

Приход	кг	Расход	кг
1. Кристаллизованная ДНБК всего: ДНБК 55,3 кг  5,8 кг  5,3 кг	66,4	1. Сухая ДНБК	55,0
		2. Продукты испарения всего:  5,8 кг  5,3 кг ДНБК 0,3 кг	11,4
Итого	66,4	Итого	66,4

Тепловой баланс

 

Для расчёта, какое количество теплоты нужно отвести от аппарата (или подвести) в течение одной операции в периодическом процессе или за единицу времени (в час) в непрерывном процессе необходимо рассчитать тепловой баланс. Тепловой баланс составляется на основе данных операционного или часового материального баланса, данных принятого технологического режима и необходимых технических справочных данных.

Рассчитанный тепловой баланс показывает, какое количество теплоты нужно отвести из аппарата (или подвести) в течение одной операции в периодическом процессе. Эти данные необходимы для определения производительности любого аппарата - реактора.

По принятому технологическому режиму при получении 3,5-динитробензойной кислоты в аппарат вначале загружается кислотная смесь, затем бензойная кислота, потом смесь подогревается до 60°С. Принимаем, что реагенты кислотная смесь поступают в аппарат с температурой 10°С. Затем реакционная масса поступает на стадию разбавления.

1-я стадия - реакция нитрования

Приход:

1. Количество тепла, поступающее в аппарат с реагентами:

 

 

 - тепло, поступающее с реагентами, кДж;

 - количество реагента, вносимое в аппарат на одну операцию (см. “Операционный материальный баланс”), кг;

 - теплоёмкость реагентов, которую рассчитывают как аддитивную величину, кДж/ (кгЧК).

Теплоемкости сырья, продуктов реакции и отходов, кДж/ (кгЧград) [11]:

1. Бензойная кислота 1, 19

2. Азотная кислота (98%) 1,74

3. Олеум (20%) 1,34

4. 3,5 - динитробензойная кислота 1,01

5. Серная кислота 1,40

6. Вода 4,18

7. Окислы азота 0,86

8. Кислород 1,03

9. Этиловый спирт (50%) 3,32

10. Диоксид углерода0,90

Приход:

Тепло Q₁, поступившее с азотной кислотой (98%):

 

 

Тепло Q₂, поступившее с олеумом (20%):

 

 

Тепло Q₃, поступившее с бензойной кислотой:

 

 

Тепло Q₄ необходимое для нагрева смеси от 10°С до 60°С:

 

 

Рассчитаем долю олеума в полученной реакционной смеси:

 

 

Определим количество тепла ,выделившееся при протекании реакцииполучения динитробензойной кислоты:

 

 

На основании закона Гесса можно записать:

 

Q_{реакции}=SQ_{образования продуктов реакции -} SQ_{образования исходных веществ}

 

Теплоты образования исходных веществ и продуктов реакции, [11]:

1. Бензойная кислота385,14

2. Азотная кислота (98%) 173,0

3. 3,5 - динитробензойная кислота 464,45

4. Вода 285,83

Определим удельную теплоту реакции:

 

 

где 122 - молекулярная масса бензойной кислоты.

Определим количество тепла ,выделившееся при протекании реакцииобразования серной кислоты (реакции гидратации):

 

 

На основании закона Гесса можно записать:

 

Q_{реакции}=SQ_{образования продуктов реакции -} SQ_{образования исходных веществ}

 

Теплоты образования исходных веществ и продуктов реакции, [11]:

1. Оксид серы (VI) 439,0

2. Вода (98%) 285,83

3. Серная кислота 813,91

Определим удельную теплоту реакции:

 

 

где 80 - молекулярная масса оксида серы (VI).

Расход:

Тепло , отводимое с продуктами реакции:

 

 

Тепло , отводимое с газообразными продуктами реакции:

 

 

Тепло Q₉ - потери в окружающую среду (примем потери 10% от теплоты, необходимой на нагрев смеси):

 

 

Тепло Q₁₀, отводимое с охлаждающей водой:

 

 

Таблица №20

Операционный тепловой баланс стадии нитрования

Приход	кДж	Расход	кДж
1) Тепло Q1 с азотной кислотой	5721,1	1) Тепло , отводимое с продуктами реакции	47918,6
2) Тепло Q2 с олеумом	4996,9	2) Тепло , отводимое с газообразными продуктами	224,3
3) Тепло Q3 с бензойной кислотой	1637,4	3) Тепло Q9 - потери в окружающую среду	5701,7
4) Тепло Q4 для нагрева смеси	57017,0	4) Тепло Q10, отводимое с охлаждающей водой	206912,4
5) Тепло Q5выделившееся при протекании реакции	108354,4
6) Тепло Q6 гидратации	83030,2
Итого	260757,0	Итого	260757,0

 

2-я стадия - разбавление и фильтрация

Приход:

1) Тепло Q₂, поступившее с водой:

 

 

2) Определяемколичество тепла Q₃, которое выделяется при разбавлении кислотнойсмеси водой, выделяющейся в процессе нитрования. В процессе нитрования происходит изменение концентрации кислотной смеси за счёт выделяющейся реакционной воды, а, иногда, и за счёт воды, вводимой с азотной кислотой, когда она дозируется. Теплота гидратации может быть определена по формулам Томсена или теплотам исчерпывающего разбавления [9]. По Томсену теплота гидратации серной кислоты:

 

,

 

где  - количество тепла, выделяющееся при разбавлении серной кислоты от моногидратного состояния до степени гидратности :

 

 

Степень гидратности показывает, сколько молей воды приходится на 1 моль серной кислоты.

Cостав исходной кислотной смеси, %

 

Н₂SO₄         75,1

H₂O       10,0,

 

Определяем теплоту гидратации исходной кислотной смеси:

 

 

Состав кислотной смеси после разбавления, %

 

Н₂SO₄                         20,7,

H₂O                78,7

 

Определяем теплоту гидратации конечной кислотной смеси:

 

 

Теперь рассчитываем тепловой эффект разбавления:

 

,

 

где 0,78 - содержание серной кислоты в исходной смеси в долях;

98 - молекулярная масса серной кислоты.

Расход:

1) Тепло , отводимое с динитробензойной кислотой:

 

,

 

примем долю азотной кислоты равной 0.

 

 

2) Тепло , отводимое с маточным раствором:

 

,

 

3) Тепло , отводимое с охлаждающей водой:

 

Таблица №21

Операционный тепловой баланс стадии разбавления и фильтрации

Приход	кДж	Расход	кДж
1) Тепло Q1 с суспензией ДНБК	47918,6	1) Тепло , отводимое с ДНБК	3185,0
2) Тепло Q2 с водой	358769,4	2) Тепло , отводимое с маточником	133790,4
3) Тепло Q3 гидратации	192705,9	3) Тепло Q6, отводимое с охлаждающей водой	462418,5
Итого	599393,9	Итого	599393,9

3-я стадия - пропарка и фильтрация

Приход:

1) Рассчитаем количество теплоты необходимое на нагрев смеси до 100⁰С

 

,

 

Количество пара, требующегося для нагрева смеси:

 

2) Тепло , поступившее с паром:

 

 

3) Тепло , вносимое с горячей водой:

 

 

Расход:

1) Тепло конденсации пара

 

 

2) Тепло , отводимое с динитробензойной кислотой:

 

,

 

3) Тепло , отводимое с маточным раствором:

 

,

 

4) Тепло  - потери в окружающую среду (примем потери 20% от теплоты, необходимой на нагрев смеси):

 

 

Таблица №22

Операционный тепловой баланс стадии пропарки и фильтрации

Приход	кДж	Расход	кДж
1) Тепло  с ДНБК	3185,0	1) Тепло конденсации	884810,0
2) Тепло , необходимое на нагрев ДНБК	83172,1	2) Тепло , отводимое с ДНБК	2252,6
3) Тепло Q3 с паром	9372,0	3) Тепло , отводимое с маточником	31865,2
4) Тепло Q4 с горячей водой	875438,0	4) Тепло  - потери в окружающую среду	1874,4
Итого	971167,1	Итого	971167,1

 

4-я стадия - кристаллизация

Приход:

1) Тепло , поступившее с этанолом:

 

,

2) Тепло  необходимое для нагрева смеси от 20°С до 80°С:

 

 

Расход:

1) Тепло , отводимое с ДНБК:

 

,

 

2) Тепло , отводимое с маточным раствором:

 

,

 

3) Тепло  - потери в окружающую среду (примем потери 10% от теплоты, необходимой на нагрев смеси):

 

 

4) Тепло , отводимое с охлаждающей водой:

 

 

Таблица №23

Операционный тепловой баланс стадии кристаллизации

Приход	кДж	Расход	кДж
1) Тепло  с ДНБК	2252,6	1) Тепло , отводимое с ДНБК	1859,2
2) Тепло  с этанолом	18334,8	2) Тепло , отводимое с маточным раствором	18272,0
3) Тепло  для нагрева смеси	63342,0	3) Тепло  - потери в окружающую среду	6334,2
		4) Тепло , отводимое с охлаждающей водой	57464,0
Итого	83929,4	Итого	83929,4

 

4-я стадия - кристаллизация с использованием маточного раствора

Приход:

1) Тепло , поступившее с этанолом:

 

,

2) Тепло , поступившее с маточником:

 

,

3) Тепло  необходимое для нагрева смеси от 20°С до 80°С:

 

 

Расход:

1) Тепло , отводимое с ДНБК:

 

,

 

2) Тепло , отводимое с маточным раствором:

 

,

 

3) Тепло  - потери в окружающую среду (примем потери 10% от теплоты, необходимой на нагрев смеси):

 

 

4) Тепло , отводимое с охлаждающей водой:

 

Таблица №24

Операционный тепловой баланс стадии кристаллизации

Приход	кДж	Расход	кДж
1) Тепло  с ДНБК	2252,6	1) Тепло , отводимое с ДНБК	1859,2
2) Тепло  с этанолом	9127,8	2) Тепло , отводимое с маточным раствором	18476,8
3) Тепло  с маточником	9405,0	3) Тепло  - потери в окружающую среду	6334,2
4) Тепло  для нагрева смеси	63342,0	4) Тепло , отводимое с охлаждающей водой	57457,2
Итого	84127,4	Итого	84127,4