Решение задачи 8.11 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова

Решение задачи 8.11 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова

 

8.11. Метилциклогексан экстрагируется анилином из 40% раствора его в гептане при 25 °С в экстракционной установке с возвратом части экстракта и рафината. Экстракт содержит 98% (масс.), а рафинат 1 % (масс.) метилциклогексана (исключая растворитель). Отношение количеств возврата экстракта и экстракта-про­дукта принять в 1,615 раз больше минимального. Определить число ступеней экстрагирования, состав и количество рафината, экстракта, возвратов и растворителя на 100 кг/ч исходной смеси.

 

Купить эту задачу за 300 рублей онлайн

 

Прошу обратить внимание, что при покупке решений задач по ПАХТ на сайте

Вам в почту приходит не сам файл решения, а ссылка на файл решения, который нужно скачать по этой ссылке СНАЧАЛА НА ЖЕСТКИЙ ДИСК своего компьютера.

Открывать и просматривать решения задач нужно с жесткого диска своего компьютера.

Файл решения приходит к Вам в трёх вариантах:

1 - ссылка - это формат ПДФ.

2 - ссылка - это архив, который нужно распаковать и уже там будет решение в ворде.

3 - ссылка - это архив, который нужно распаковать и уже там будет решение в ПДФ.

Если у Вас нет опыта оплаты и получения заказа через платежную систему «Робокасса», то Вы можете посмотреть видеролик на этой странице, где эта процедура подробно рассмотрена.

Если у Вас возникли вопросы и что-то не получается

Вы всегда можете задать вопрос через форму обратной связи задать вопрос

 

 

 

 

 

ОАО «Бератон»является предприятием химической промышленности, выпускающее органические и неорганические продукты, кислоты, химикаты- добавки для резины. Этот завод является универсальным предприятием, то есть производит разнородную продукцию.

Технология получения 3,3-дихлор-4,4-диаминодифенилматана ( торговое название диамета Х) разработана в НИИХИМПОЛИМЕР и внедрена на ОАО «Бератон».

Метод получения диамета Х основана на конденсации орто – хлор анилина с формалином в присутствии соляной кислоты в среде вода – хлорбензол с последующей перегруппировкой образующегося метилендифенилендиамида при нагревании.

Основные стадии технологического процесса:

- подготовка сырья;

- получение конденсата;

- конденсация орто – хлоранилин с формалином в присутствии соляной кислоты в среде вода – хлорбензол с последующей перегруппировкой образующегося метилендихлориддифенилендиамида при нагревании;

- растворение, разделение и очистное фильтрование;

- выделение диамета Х;

- фильтрование суспензии и промывка пасты диамета Х в нутч- фильтре с мешалкой и фильтрование промывной пасты в центрифуге;

- сушка пасты диамета Х;

- регенерация органического слоя.

3,3- дихлор-4,4-диаминодифенилматана по внешнему виду порошок от желтого до светло – серого цвета.

Диамет Х в воде не растворяется, легко образует соли с минеральными кислотами, растворяется в ацетоне, толуоле, хлорбензоле и других органических растворителях. При повышенной температуре на воздухе окисляется и осмоляется. Агрессивно действует на слизистую оболочку глаз. Вызывает жировую дистрофию печени и картину резкого сосудистого расстройства. При попадании на кожу наблюдается воспалительная реакция. Критерий бластмогенной опасности равен 0,8, что позволяет отнести его к умеренно сильным канцерогенам.

3,3-дихлор-4,4-диаминодифенилматан является структурирующим, вулканизирующим агентом урановых каучуков типа СКУ – 7, СКУ – ПФ, уретановых каучуков, а также отвердителем эпоксидных смол, пенополиуретанов, полиэфируретанов, стеклопластиков.

3,3-дихлор-4,4-диаминодифенилматан выпускается по ТУ 6-14-980-84 с изм. № 1-4 и должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице

В дипломном проекте выполнена работа по улучшению качества 3,3-дихлор-4,4-диаминодифенилматан, т.к. есть необходимость увеличить количество потребителей, которым требуется данный продукт.

Для того, чтобы получить 3,3-дихлор-4,4-диаминодифенилматан улучшенного качества, необходимо вести дополнительную стадию пререкресталлизации после стадии фильтрования пасты диаметаХ на центрифуге и перед стадией сушки.

Стадия перекристаллизации включает в себя следующие станции:

-растворение пасты 3,3-дихлор -4,4- диаминодифенилметана в абсолютном изопропиловом спирте при нагревании;

- очистное фильтрование на друг-фильтре;

-кристаллизация диамета Х;

- фильтрование на нутч-фильтре;

и полученную пасту отправляют на стадию сушки.

В цехе № 10 ОАО «Бератон» выпускается 3,3-дихлор -4,4- диаминодифенилметан по прежней технологии, а для того, чтобы получить диамет Х улучшенного качества после стадии фильтрования на центрифуге из 10 цеха пасту отправляли в опытный цех № 25, где проводили перекристаллизацию пасты, а затем снова возвращали цеху № 10.

 

2 Литературный обзор

Решение задачи 8.11 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова

Диамет Х (3,3-дихлор -4,4- диаминодифенилметан ) обладает свойствами, характерными для ароматических аминов. При действии на 4,4 – диаминодифенилметан ( n.n – метилендианилин ) КNО₃ в среде концентрированной серной кислоты получают 2,2 – динитро -4,4 – диаминодифенилметан. Диазотирование 4,4 – диаминодифенилметана и последующие азрсочетание используют для получения диазокрасителей, например, диазотировнный 4,4 – диаминодифенилметан с β – нафтолом дает красный краситель, для шерсти. При конденсации 4,4 – диаминодифенилметана с анилином в присутствии соляной кислоты и окислителями ( например, азобензол) получают краситель парарозанилин.

В промышленности 4,4 – диаминодифенилметан синтезируют конденсацией анилина с формальдегидом в солянокислой среде при 85-90⁰ С с последующей обработкой раствором NаОН. Выход составляет около 60% . В ГДР 4,4 – диаминодифенилметан выпускают в под торговым названием «Тонокс».

4,4 – диаминодифенилметан промежуточный продукт в производстве красителей, 4,4 – дифенилметандиизоцианата, полиамидов, ингибиторов атмосферной коррозии металлов, ускорителей вулканизации отвердителей эпоксидных смол. Он легко растворяется в этаноле, бензоле, диэтиловом эфире, трудно в воде.[1

 

Химическая кинетика – это учение о химическом процессе, его механизме и закономерностях протекания во времени. При исследовании химических реакций применяют как методы химической термодинамики, так и методы химической кинетики. Химическая термодинамика позволяет вычислить тепловой эффект данной реакции, а также предсказать, осуществима ли данная реакция и ее состояние, равновесия, то есть предел, до которого она может протекать. Для этого необходимо иметь данные о термодинамических параметрах всех компонентов только в начальном и конечном состояниях системы. Но для практики нужно знать не только возможность осуществления данной реакции, но и скорость ее протекания. Для получения кинетических закономерностей должны быть известны не только начальное и конечное состояние системы, но и путь, по которому протекает реакция. Поэтому получить кинетические закономерности сложнее, чем термодинамические. Зная эти закономерности (математическую модель)изучаемой химической реакции, и ее кинетические параметры, можно рассчитать ее скорость и оптимальные условия проведения в промышленном реакторе.

Схема кинетического анализа:

-на основании литературных данных определить механизм процесса;

-описать его кинетическими уравнениями, найти константы, представить все в виде кинетической модели;

-найти оптимальные условия для выбранного кинетического уравнения.

Реакция конденсация орто – хлоранилин с формалином в среде вода – хлорбензол является гомогенным процессом, так как протекает в одной фазе, то есть в жидком растворе.

Метилциклогексан экстрагируется анилином из 40% раствора его в гептане при 25 °С в экстракционной установке с возвратом части экстракта и рафината. Экстракт содержит 98% (масс.), а рафинат 1 % (масс.) метилциклогексана (исключая растворитель). Отношение количеств возврата экстракта и экстракта-про­дукта принять в 1,615 раз больше минимального. Определить число ступеней экстрагирования, состав и количество рафината, экстракта, возвратов и растворителя на 100 кг/ч исходной смеси.

Многие сложные реакции, с которыми приходится встречаться на практике, состоят из нескольких последовательных элементарных стадий. При этом промежуточные вещества, которые образуются в одной стадии, расходуются в последующей. В большинстве случаев механизм многостадийной схемы реакций точно и однозначно не известен. Поэтому на основе опытных данных находят наиболее вероятную схему протекания реакции по стадиям.

Рассмотрим механизм реакции на основе теории столкновений. Теория активных столкновений (С. Аррениус) основана на том, что химическое взаимодействие осуществляется только при столкновении активных частиц, которые обладают достаточной энергией для преодоления потенциального барьера реакции и ориентированы в пространстве друг относительно друга. Чтобы прошла реакция, частицы в момент столкновения должны обладать некоторым минимальным избытком энергии, называемым энергией активации. В теории активных столкновений считается, что акт превращения начальных веществ в конечные продукты совершается в момент столкновения активных молекул и протекает мгновенно. Химические реакции происходят путем постепенной перестройки молекул, перераспределения энергии между химическими связями. Механизм реакций в растворе значительно сложнее, чем в газе, так как молекулы исходных веществ сталкиваются не только между собой, но и с молекулами растворителя. Поэтому двум реагирующих молекулам труднее встретиться. Для этого они должны продиффундировать сквозь слой растворителя. Но зато если они сблизятся и образуют так называемую пару столкновений, то им труднее разойтись, так как этому препятствуют окружающие их молекулы растворителя.

Решение задачи 8.11 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова

 

Механизм реакции конденсации орто – хлоранилин с формалином в среде вода – хлорбензол в присутствии соляной кислоты с последующей перегруппировкой:

Для того, чтобы образовалось пара столкновений ( солянокислый орто – хлоранилин ), нужно, чтобы орто – хлоранилин, соляная кислота и формалин продиффундировали навстречу друг другу через слой растворителя, который их разделяет; поэтому константа скорости К₁ имеет диффузионный характер. При стационарном протекании процесса скорость образования и распада пары столкновения одинакова и

Скорость реакции равна:

Оптимальная скорость процесса, высокий выход конечного продукта при удовлетворительном качестве его достигается при проведении реакции в условиях при температуре ( 88-95)⁰С при 8 – часовой выдержке и Р = 1 атм.).

Реакция конденсации орто – хлоранилин с формалином в среде вода – хлорбензол в присутствии соляной кислоты происходит в реакторе смешения периодического действия.

Время пребывания реагентов в реакторе определяется по формуле:

t₀ = t_ЗАГР + t_Т.Х. + t_ВЫГР

t₀ = 5,5 + 9 + 0,5 = 15 часов.

4.2. Термодинамический анализ процесса конденсации орто – хлоранилин с формалином в среде вода – хлорбензол

Метилциклогексан экстрагируется анилином из 40% раствора его в гептане при 25 °С в экстракционной установке с возвратом части экстракта и рафината. Экстракт содержит 98% (масс.), а рафинат 1 % (масс.) метилциклогексана (исключая растворитель). Отношение количеств возврата экстракта и экстракта-про­дукта принять в 1,615 раз больше минимального. Определить число ступеней экстрагирования, состав и количество рафината, экстракта, возвратов и растворителя на 100 кг/ч исходной смеси.

 

Схема термодинамического анализа:

- выписать все возможные стехиометрические уравнения;

- определить область изменения параметров для термодинамического анализа;

- определить компоненты и выписать стандартные данные из справочника физико – химических величин;

- определить константу равновесия;

- определить вероятность реакции;

- определить равновесный выход;

- определить оптимальные сточки зрения термодинамики параметры процесса.

Стехиометрические уравнение реакции конденсации орто- хлоранилин с формалином в среде вода – хлорбензол:

2С₆Н₆NCl + 2HCl+ CH₂O + Н₂О + 4 С₆Н₅Cl→ С₁₃Н₁₄N₂Cl₄ + 2H₂O + 4C₆H₅Cl

Энтропия подчиняется закону аддитивности, то есть энтропия равновесной системы равна сумме энтропий ее частей, а изменение энтропии всей системы равно сумме изменений энтропии ее частей. Изменение энтропии в сложном процессе равно сумме изменения энтропии в отдельных стадиях процесса.

_ΔS⁰₂₉₈ = _ΔS₂₉₈ ^{С13Н14N2Cl4} + 2 _ΔS₂₉₈^Н2О + 4 _ΔS₂₉₈^С6Н5Cl - 2 _ΔS₂₉₈^С6Н6NCl – 2 _ΔS₂₉₈^HCl – 2 _ΔS₂₉₈^CH2O - _ΔS₂₉₈^H2O – 4 _ΔS₂₉₈^С6Н5Cl =

Воспользуемся законом Гесса: тепловой эффект химической реакции равен разности между суммой теплот образования продуктов реакции и суммой теплот образования исходных веществ.

_ΔН⁰₂₉₈ = _ΔН₂₉₈ ^{С13Н14N2Cl4} + 2 _ΔН₂₉₈^Н2О + 4 _ΔН₂₉₈^С6Н5Cl - 2 _ΔН₂₉₈^С6Н6NCl – 2 _ΔН₂₉₈^HCl – 2 _ΔН₂₉₈^CH2O- _ΔН₂₉₈^H2O – 4 _ΔН₂₉₈^С6Н5Cl =

Рассмотрим процесс при температуре 88,90,95⁰С, определив величину М_n

Расчет величины М_n для вычисления термодинамических функций по методу Темкина и Шварцмана.

М₀ =

М_n = (при n ≠ 0)

Для Т = 88 + 273 = 361 К

М₀ =

М₁ =

М₂ =

М-₂ =

Для Т = 90 + 273 = 363 К

М₀ =

М₁ =

М₂ =

М-₂ =

Для Т = 95 + 273 = 368 К

М₀ =

М₁ =

М₂ =

М-₂ =

_ΔG⁰_T =

_ΔG⁰₃₆₁ =

_ΔG⁰₃₆₃ =

_ΔG⁰₃₆₈ =

Наименьшее значение _ΔG⁰₃₆₈ = - 399,7 , т.е. _ΔG< 0 – процесс необратимый самопроизвольный. Реакция пойдет слева направо и термодинамически возможна. График построения 1

 

График 1

 

Определим константу равновесия реакции ( К_р ) при Т = 363 К и Т = 368 К.

К_р =

Кр³⁶¹ =

 

Кр³⁶³ =

Кр³⁶⁸ =

График 2

Вывод: на стадии перегруппировки образуется солянокислый Диамет Х. Реакция термодинамически, возможна и идет слева на право. Оптимальное условие ведения процесса: Р = 1 атм., Т = 363 К, т.к. экспериментально установлено, что при Т = 361 К перегруппировка практически не идет или идет очень медленно, а при Т = 368 К начинается осмол продукта.

 

5 Материальный и энергетический балансы

5.1 Материальный баланс

Решение задачи 8.11 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова

Химико-технологические расчеты составляют главную, наиболее трудоемкую часть проекта любого химического производства. Они же являются завершающей стадией лабораторно технического исследования и выполняются также при обследовании работающих цехов и установок. Целью этих расчетов может быть определение кинетических констант и оптимальных параметров производства или же вычисление реакционных объемов и основных размеров химических реакторов.

Основой технологических расчетов являются материальные и тепловые расчеты. К ним следует отнести определение выхода основного и побочных продуктов, производственных потерь. Только определив материальные потоки можно произвести конструктивные расчеты производственного оборудования и коммуникаций, оценить экономическую эффективность и целесообразность процесса.

Материальный баланс может быть представлен уравнением, левая часть которого составляет масса всех видов сырья и материалов, поступивших на переработку ∑G,а правую – масса получаемых продуктов ∑G плюс производственные потери ∑G_пот

∑G=∑G +∑G_пот

Основой материального баланса являются законы сохранения массы вещества и стехиометрических соотношений.

Материальный баланс составляют по уравнению суммарной реакции р учетом побочных реакций согласно закону сохранения массы вещества. Общая масса всех поступивших в аппарат материалов, то есть приход равен общей массе выходящих материалов, то есть расход. Материальный баланс составляют на единицу массы основного продукта ( кг., т ) или на единицу времени ( ч., сутки ).

Теоретический материальный баланс рассчитывается на основе стехиометрических уравнений реакции. Для его составления достаточно знать уравнение реакции и молекулярные массы компонентов.

Практический материальный баланс учитывает состав исходного сырья и готовой продукции, избыток одного из компонентов сырья, степень превращения, потери, сырья и готового продукта.

Из данных материального баланса можно найти расход сырья и вспомогательных материалов на заданную мощность аппарата, цеха, предприятия, себестоимость продукции, выходы продуктов, объем реакционной зоны, число реакторов, производственные потери.

Метилциклогексан экстрагируется анилином из 40% раствора его в гептане при 25 °С в экстракционной установке с возвратом части экстракта и рафината. Экстракт содержит 98% (масс.), а рафинат 1 % (масс.) метилциклогексана (исключая растворитель). Отношение количеств возврата экстракта и экстракта-про­дукта принять в 1,615 раз больше минимального. Определить число ступеней экстрагирования, состав и количество рафината, экстракта, возвратов и растворителя на 100 кг/ч исходной смеси.

 

На основе материального баланса составляется тепловой баланс.

5.1.1 Материальный баланс реакции конденсации орто-хлоранилина с формалином в среде вода-хлорбензол в присутствии соляной кислоты с последующей перегруппировки

Реакция конденсации орто-хлоранилина с формалином в среде вода-хлорбензол в присутствии соляной кислоты с последующей перегруппировкой:

2С₆Н₆NCl + 2HCl + CH₂O + 4C₆H₅Cl → C₁₃H₁₄N₂Cl₄ + 2H₂O + 4C₆H₅Cl

Выход на стадии конденсации и перегруппировки, считается на загруженный формальдегид:

CH₂O → C₁₃H₁₄N₂Cl₄

30- 340

125,13кг – Х

Х = = 1418,14 кг.

1414,14 кг солянокислого диамета Х должны были получить в результате реакции ( по теории ), но на практике образуется 1365,24 кг.

= 96,27%

Выход стадии конденсации и перегруппировки, считается на формальдегид, составляет 96,27%.[1]

125,13кг формальдегида необходимо для получения 1тонны 3,3- дихлор-4,4- диаминодифенилметана.

Определим, сколько образовалось 100% солянокислого диамета Х по формуле:

G_d=

где:G_d–масса образовавшегося продукта, то есть солянокислого диамета Х;

G_c– масса формальдегида, вступившего в реакцию;

P– число молей солянокислого диамета Х;

M_d– молекулярный вес солянокислого диаметаХ;

M_c– молекулярный вес формальдегида;

n– число молей формальдегида;

Ή– выход продукта.

G_d = кг.

1365,24кг солянокислого диамета Х образовалось в результате реакции конденсации и перегруппировки.

Определим, сколько необходимо соляной кислоты на реакцию по формуле:

G_a=

где: G_a– масса соляной кислоты, необходимая на реакцию;

G_c– масса формальдегида, вступившего в реакцию;

l– число молей соляной кислоты;

M_a- молекулярный вес соляной кислоты;

M_c– молекулярный вес формальдегида;

G_a = = 304,48 кг.

Так как соляная кислота содержится в реакционной массе в количестве 129,099 кг и в газовых выбросах в количестве 0,251 кг, значит соляную кислоту на реакцию берем в избытке, то есть 433,83 кг.

Определим сколько орто-хлоранилина на реакцию по формуле:

G_b=

где: G_b – масса орто-хлоранилина, необходимая на реакцию;

G_c– масса формальдегида, вступившего в реакцию;

m- число молей орто-хлоранилина;

n– число молей формальдегида;

M_b– молекулярный вес орто-хлоранилина;

M_c– молекулярный вес формальдегида;

G_b = = 1063,6 кг.

Так как орто – хлоранилин содержится в реакционной массе в количестве 80,46 кг и в газовых выбросах в количестве 0,004кг, значит орто – хлоранилин на реакцию берем в избытке, то есть 1144,064 кг

 

Таблица 7- Материальный баланс

Загружено
Наименование компонентов	Масса техническая , кг	Плотность, г/см3	Объем, л
Хлорбензол	1905,33	1,109	1718
Конденсат	2089,68	1,0	2090
Орто - хлоранилин	1155,034	1,21	955
Кислота соляная	1574,54	1,133	13390
Формалин	338,19	1,11	305
Итого	7062,974		6458

 

 

 

 

Таблица 8- Материальный баланс

Получено
Наименование продукта	Молекулярная масса, кг/кмоль	Массовая доля, %	Масса техническая, кг.	Масса 100%	Плотность, г/см3	Объем л
Реакционная масса, в том числе:			7062,974		1,092	6458
Орто -хлоранилин	127,5	1,14		80,46
Солянокислый Диамет Х	340	19,36		1365,24
Хлорбензол	112,5	26,55		1872,278
Соляная кислота	36,5	1,83		129,099
Вода и примеси		51,12		3615.897

 

8.2. Материальный баланс стадии сушки

Для определения количества влаги, удаляемой из материала в процессе сушки, составляется материальный баланс.

Масса влажного материала G_н = 1411,69 кг.

Содержание влаги во влажном материале U_н = 28%.

Содержание влаги в высушенном материале U_к = 0,3%.

Материальный баланс по сухому компоненту:

G_н

G_к =

Расход влаги, удаляемой из высушиваемого материала:

W = G_н - G_к =

Таблица 9 –Материальный баланс стадии сушки диамета Х

Приход	Масса, кг	Расход	Масса, кг
Масса влажного диамета Х	1411,69	Масса высушенного диамета Х	1019,47
		Количество влаги удаляемой из материалов	392,22
Итого:	1411,69	Итого:	1411,69

 

 

 

 

 

 

 

 

5.2 Тепловой баланс.

5.2.1 Тепловой баланс стадии конденсации орто – хлоранилин с формалином в среде вода – хлорбензол в присутствии соляной кислоты.

Тепловой баланс рассчитывается по данным материального баланса с учетом тепловых эффектов химических реакций, которые происходят в аппарате, с учетом подвода теплоты извне и отвода ее с продуктами реакции, а также через стенки аппарата. Уравнение теплового баланса является частным случаем закона сохранения энергии, когда изменение всех других видов энергии, кроме тепловой, равную нулю. Тепловой баланс подобно материальному, выражают в виде таблиц, а для расчета используют следующие уравнение:

∑Q_прих = ∑Q_расх.

где: ∑Q_прих = Q₁ + Q₂ + Q₃

∑Q_расх = Q₄ + Q₅ + Q₆ + Q₇

Q₁– количество теплоты, вносимое исходными материалами;

Q₂– количество теплоты, подводимое в аппарат специально греющим паром;

Q₃- количество теплоты в результате эндотермических и экзотермических реакций;

Q₄- количество теплоты, уносимое из аппарата с продуктами реакции;

Q₅- количество теплоты, отводимое охлаждающим агентом;

Q₆- количество теплоты, расходуемое на нагревание отдельных частей аппарата;

Q₇– тепловые потери в окружающую среду;

Тепло, внесено с исходными материалами может быть определено по уравнению:

Q₁ =

где: G – масса вещества, кг ;

С– удельная теплоемкость вещества, ;

Т_к– конечная температура материалов, К;

Т_н– начальная температура материалов, К;

ВеличиныG берут из таблицы материального баланса. Значение температур берут из технологического регламента, а теплоемкости – из справочников физико – химических величин. Если отсутствуют данные о теплоемкости сложного химического вещества, то ее можно определить по формуле:

С =

где: С_а- атомная теплоемкость элемента;

n – число одноименных атомов в молекуле;

М – молекулярный вес соединения.

С_С6Н6NCl= = 0.4596 = 1,926

С_СН2О = = 0,4 = 1,676

С_НCl = = 0,337 = 1,419

С_Н2О = = 0,811 = 1,726

С_С6Н5Cl = = 0,412 = 3,398

Q₁ = = 615292,65 кДж

Подвод теплоты в аппарат насыщенным водяным паром рассчитывается по формуле;

Q₂ =

F =

где: G – массовый расход пара, ;

F– площадь поперечного сечения потока, м²;

ρ– плотность пара, ;

W– средняя скорость пара, ;

D– диаметр трубопровода, по которому движется пар, м;

r– удельная теплота парообразования, ;

F = м²

G =

Q₂ = 1 = 29792,12

На стадии конденсации орто–хлоранилин с формалином в среде вода – хлорбензол в присутствии соляной кислоты нагревание реакционной массы длится 1 час.

Отсюда следует, что :

Q₂ = 27792,12 кДж

Тепловые эффекты химических реакций могут быть рассчитаны на основе теплот образования веществ, участвующих в реакции. При этом для вычислений пользуются законом Гесса.

q_p = ∑q_K - ∑q_H

где: q_p– теплота реакции, кДж;

∑q_K– сумма теплот образования соединений, вступающих в химическое взаимодействие, ;

∑q_H– сумма теплот образования соединений, образующихся при химическом взаимодействии, .

Так, по закону Гесса тепловой эффект реакции определяется как разность и между теплотами образования всех веществ в правой части уравнения и теплотами образования всех веществ, входящих в левую часть уравнения. Теплоты образования реагирующих и образующихся соединений могут быть найдены в справочниках физико – химических величин.

ΔН⁰_НСl= - 92,30

ΔН⁰_СН2О = - 115,9

ΔН⁰_С6Н6NCl= 40.35

ΔН⁰_С6Н5Cl= 10,65

ΔН⁰_Н2О = - 285,84

ΔН⁰_{С13Н14N2Cl4} = - 498.77

q_p=

Q₃ = - 564,81 кДж

Тепло, уносимое из аппарата с продуктами реакции, может быть определено по уравнению:

Q₄ = (Т_к – Т_н)

где: G – масса вещества, кг ;

С– удельная теплоемкость вещества, ;

Т_к– конечная температура материалов, К;

Т_н– начальная температура материалов, К;

ВеличиныG берут из таблицы материального баланса. Значение температур берут из технологического регламента, а теплоемкости – из справочников физико – химических величин. Если отсутствуют данные о теплоемкости сложного химического вещества, то ее можно определить по формуле:

С =

где: С_а- атомная теплоемкость элемента;

n– число одноименных атомов в молекуле;

М– молекулярный вес соединения.

С_Н2О = 1,726

С_С6Н5Cl = 3,398

С_{С13Н14N2Cl4} = = 0.425 = 1.781

Q₄ =368 – 353) = 268707,75 кДж

Количество теплоты, которое отводится охлаждающим агентом ( водой ) определяется из уравнения.

Q₅ = (Т_к.ср–Т_н)

G =

F =

где: G – массовый расход пара, ;

F– площадь поперечного сечения потока, м²;

ρ– плотность пара, ;

W– средняя скорость пара, ;

D– диаметр трубопровода, по которому движется пар, м;

С– удельная теплоемкость жидкости, ;

Т_{к .СР} – средняя конечная температура охлаждающей жидкости ( воды ), ⁰К;

Т_н– начальная температура охлаждающей воды, ⁰К;

Средняя разность температур для периодического процесса охлаждения жидкости в аппарате определяется по формуле:

Δt_{ср. охл.} =

А =

Δt_{ср. охл.} =

Средняя конечная температура охлаждающей воды определяется по формуле:

t_{СР. К} = t_Х1 + Δt_{ср. охл}

t_{СР. К} = 10 + 34 = 34⁰ С

Т_СР.К = 273 + 34 = 307 К

G =

Q₅ =(307 – 283 )= 345764,92

На стадии конденсации орто – хлоранилин с формалином в среде вода – хлорбензол в присутствии соляной кислоты охлаждение реакционной массы водой длится 50 минут.

Таким образом:

Q₅ = 288137,43 кДж

Тепло, расходуемое на нагревание отдельных деталей аппарата, рассчитывается по формуле:

Q₆ = (Т_{2 .Ст} – Т₁ст )

где: G – масса отдельных частей аппарата, кг.;

С – удельные теплоемкости отдельных частей аппарата, , ( для стали С = 0,5 ;

Т_{2 .Ст} – средняя температура частей аппарата( стенки ), К⁰;

Т₁ст – начальная температура частей аппарата ( стенки ), К⁰;.

Так как ά₁ внесколько раз больше ά₂, тоТ_{2 .Ст} = Т_гор, где Т_гор – температура горячего теплоносителя.

Q₆ = ( 413 – 343 ) = 70000 кДж.

Q₇ – тепловые потери в окружающую среду. Эти потери составляют до 3%от общего прихода тепла.

Q₇ = 17674,48 кДж.

Таблица 10 – Тепловой баланс стадии конденсации орто – хлоранилин с формалином в среде вода – хлорбензол в присутствии соляной кислоты.

Приход	Q, кДж	Расход	Q, кДж
Количество теплоты, вносимое с исходными материалами	615292,65	Количество теплоты, уносимое из аппарата с продуктами реакции	268707,75
Количество теплоты, подводимое в аппарат специально греющим паром	29792,12	Количество теплоты, отводимое охлаждающим агентом	288137,43
Количество теплоты в результате эндотермической реакции	-564,81	Количество теплоты, расходуемое на нагревание отдельных частей аппарата	70000
		Тепловые потери в окружающую среду	17674,78
Итого:	644519,96	Итого:	644519,96

 

5.2.2 Тепловой баланс стадии сушки 3,3-дихлор -4,4- диаминодифенилметана

Уравнение внутреннего теплового баланса сушки:

θ₁ + q_доп – (q_тр + q_мат + q_пот)

где: Δ – разность между удельным расходом и приходом тепла непосредственно в сушильной камере;

С_ВЛ- удельная теплоемкость влаги во влажном материале при температуре θ_н= 18 ⁰С, ;

q_доп- удельный дополнительный подвод тепла в сушильную камеру, .влаги; при работе сушилки по нормальному сушильному варианту q_доп=0;

q_тр- удельный подвод тепла в сушилку с транспортными средствами, влаги; в рассматриваемом варианте q_тр=0;

q_мат-удельный подвод тепла в сушилку с высушиваемым материалом влаги;

q_пот- удельные потери тепла сушильной установки в окружающую среду принимаем равными 10% от расхода тепла на сушку.

q_мат =

где: С_м- удельная теплоемкость