Массовая доля серной кислоты в исходной суспензии:

Требуемая массовая доля серной кислоты в суспензии:

По правилу смешения запишем друг под другом массовые доли исходных растворов, а правее между ними - массовую долю раствора, который необходимо приготовить. При этом считаем, что вода - это раствор с массовой долей , равной нулю. Из большей массовой доли вычитаем заданную и записываем результат справа внизу, из заданной массовой доли вычитаем меньшую и записываем результат справа вверху [10].

Затем вычисляем массу полученного раствора и массу воды , которая потребуется для разбавления:

,

где - масса суспензии, которая подается на разбавление.

- масса полученного раствора

Динитробензойная кислота после фильтрации содержит 40% маточного раствора, образующегося в результате реакции:

Рассчитаем процентное содержание компонентов в разбавленной суспензии:

Следовательно, в 472,5 кг маточного раствора содержится пропорциональное количество компонентов:

В результате, масса компонентов, содержащихся в отводимом маточном растворе уменьшится на соответствующее количество этих компонентов, содержащихся в динитробензойной кислоте:

Рассчитаем потери динитробензойной кислоты с учетом выхода продукта:

Таблица №5

Материальный баланс стадии разбавления и фильтрации

Промывка

Зададимся модулем при промывке ДНБК 1 (1:

1), на 1 м. ч. ДНБК возьмем 1 м. ч. воды. Промывка осуществляется на вакуум-фильтре [9].

Динитробензойная кислота после промывки содержит 20% маточного раствора:

Рассчитаем процентное содержание компонентов в промытой ДНБК:

Следовательно, в 236,2 кг маточного раствора содержится пропорциональное количество компонентов:

В результате, масса компонентов, содержащихся в отводимой промывной воде уменьшится на соответствующее количество этих компонентов, содержащихся в динитробензойной кислоте:

Таблица №6

Материальный баланс стадии промывки

Ориентировочно число промывок для жидких, веществ можно оценить по следующей формуле:

где - начальная кислотность продукта;

- кислотность продукта после n-ной промывки;

- количества жидкого вещества;

- количество промывной жидкости;

- число промывок;

- коэффициент распределения примесей (кислоты) между продуктом и водой.

К сожалению, коэффициент в большинстве случаев нам неизвестен, кроме того, он не остаётся постоянным на всех ступенях промывки. Однако для ориентировочной оценки числа промывок этой формулой можно пользоваться.

Обычно изменяется от 0,1 до 0,3. Примем значение =0,2 и определим .

В продукте на 1181,2 кг ДНБК содержится 475,2 кг ОК, в том числе

Н₂SO₄ моногидрата97,9 кг

Н₂О 371,8 кг

примем равным 0,4%.

Решая уравнение

находим, что

Следовательно, одной промывки будет вполне достаточно.

3-я стадия - пропарка и фильтрация

Расчет необходимого количества пара, необходимого для пропарки отфильтрованной реакционной массы приведен в расчете теплового баланса третьей стадии процесса. Необходимое количество пара составляет .

Динитробензойная кислота после фильтрации содержит 20% маточного раствора, образующегося в результате реакции:

Рассчитаем процентное содержание компонентов в пропаренной динитробензойной кислоте:

,

Следовательно, в маточного раствора содержится пропорциональное количество компонентов:

В результате, масса компонентов, содержащихся в отводимом маточном растворе уменьшится на соответствующее количество этих компонентов, содержащихся в динитробензойной кислоте:

Рассчитаем потери динитробензойной кислоты с учетом выхода продукта:

Таблица №7

Материальный баланс стадии пропарки и фильтрации

Промывка

Зададимся модулем при промывке ДНБК 1 (1:

1), на 1 м. ч. ДНБК возьмем 1 м. ч. воды. Промывка осуществляется на вакуум-фильтре.

Динитробензойная кислота после промывки содержит 20% маточного раствора:

Рассчитаем процентное содержание компонентов в промытой ДНБК:

Таблица №8

Материальный баланс стадии промывки

4-я стадия - кристаллизация и фильтрация

Из литературных данных известно, что для растворения 1 весовой части динитробензойной кислоты требуется 4,5 весовых частей 50% этилового спирта. Рассчитаем необходимое количество , идущее на кристаллизацию динитробензойной кислоты.

Динитробензойная кислота после фильтрации содержит 20% маточного раствора, образующегося в результате реакции:

Рассчитаем процентное содержание компонентов в исходной динитробензойной кислоте:

Следовательно, в маточного раствора содержится пропорциональное количество компонентов:

В результате, масса компонентов, содержащихся в отводимом маточном растворе уменьшится на соответствующее количество этих компонентов, содержащихся в динитробензойной кислоте:

Рассчитаем потери динитробензойной кислоты после кристаллизации и фильтрации с учетом выхода продукта:

Таблица №9

Материальный баланс стадии кристаллизации и фильтрации

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

Таблица №10

Материальный баланс стадии кристаллизации и фильтрации с использованием маточного раствора

5-я стадия - сушка