122583 (689192), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Тепловой баланс процесса диазотирования ароматических аминов описывается уравнением:

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₄ + Q₅ +Q₆ , где

Q₁ - тепло, поступающее в аппарат с исходными веществами, кДж

Q₂ - тепло, отводимое охлаждающим агентом или подводимое теплоносителем к аппарату, кДж

Q₃ - тепловой эффект процесса, кДж

Q₄ - тепло, уносимое продуктами реакции, кДж

Q₅ - тепло, идущее на охлаждение или нагревание отдельных частей аппарата, кДж

Q₆ - тепло, теряемое аппаратом в окружающую среду или получаемое из нее, кДж

Расчет теплот Q₁ и Q₂ проводят по следующим формулам :

Q₁ = G_{i н} c_p T_н ;

Q₄ = G_jк c_p T_к ,

G_iн , G_jк - масса исходных веществ и продуктов реакции, кг ;

с_рн , с_рк - удельные теплоемкости исходных веществ и продуктов реакции,

кДж / кгК ;

T_н ,T_к - начальная и конечная температуры на данной стадии процесса, К.

Массы исходных веществ и продуктов реакции берут из данных материального баланса.

При отсутствии экспериментальных данных о удельных теплоемкостях, их вели­чины могут быть приближенно вычислены по уравнению :

где

с_ра - атомные теплоемкости элементов, кДж/ кгК ;

n - число одноименных атомов в молекуле ;

M - молекулярная масса соединения, кг/ кмоль.

с_Р1 = (8 7,53 + 13 9,62 + 1 11,3) / 121 = 1,63 кДж / кгК

с_Р2 = (8 7,53 + 11 9,62 + 2 11,3 + 26,36) / 168,5 = 1,28 кДж / кгК

Удельные теплоемкости исходных веществ и продуктов реакции.

№	Наименование	Удельная теплоемкость ср , кДж/ кгК
1	Метоксилидин	1,63
2	Диазосоединение	1,28
3	Нитрит натрия	1,03
4	Соляная кислота	0,99
5	Хлорид натрия	0,90
6	Серная кислота	1,71
7	Вода	4,18

Тепловой эффект процесса диазотирования Q₃ может быть выражен из сле­дующего равенства :

где G₁ - масса загружаемого амина, кг ;

с₁ - содержание чистого вещества в исходном амине, масс. доли ;

М₁ - молекулярная масса амина, кг/ кмоль ;

- выход в реакции диазотированния, вес. доли ;

q_P - теплота реакции диазотирования, ккал/ г-моль;

- избыток нитрита натрия от теоретического количества, %.

Теплота реакции диазотирования q_P складывается из теплот реакций-элементов

-нейтрализация амина

RNH₂ + HCl = RNH₂HCl + q₁

-разложение нитрита натрия соляной кислотой

NaNO₂ + HCl = HNO₂ + NaCl + 3,45 ккал/ г-моль

-диазотирование

RNH₂ + HNO₂ = R-N=N-OH + H₂O + q₃

-нейтрализация диазоаминов

R-N=N-OH + HCl = RN₂⁺Cl^- + H₂O + q₄

Таким образом, удельная теплота реакции диазотирования

q_P = q₃ + q₄ + 3,45 - q₁ , ккал/ г-моль

Согласно справочным данным [1]

q₁ = 3,15 ккал/ г-моль ; q₃ = 15,01 ккал/ г-моль ; q₄ = 8,50 ккал/ г-моль.

q_P = 15,01 + 8,50 + 3,45 - 3,15 = 23,81 ккал/ г-моль.

Количество тепла, необходимое для нагревания отдельных частей аппарата, нахо­дят по формуле :

Q₅ = G_АП c_{Р ап} ( T_{К ап} - T_{Н ап} ),

где G_АП - масса отдельных частей аппарата, кг

G_АП = 1350 кг ;

с_{Р ап} - теплоемкость материала, из которого изготовлен аппарат, кДж/ кгК

с_{Р Ti} = 0,549 кДж/ кгК ;

T_{К ап} , T_{Н ап} - средняя температура отдельных частей аппарата в конце и начале нагревания, К.

Количество тепла, необходимое для компенсации тепловых потерь в окружаю­щую среду, определяют как

Q₆ = 0,05 Q₂

Количество теплоты Q₂ необходимое для охлаждения или нагревания отдельных частей аппарата

Q₂ = K F t_ср ,

где К - среднее значение коэффициента теплопередачи, кВт/ м²К ;

F - поверхность теплообмена аппарата, м² ;

- среднелогарифмическая разность температур, К ;

- продолжительность стадии теплообмена, с.

Таким образом поверхность теплообмена можнт быть представлена как

Для расчета количества витков змеевика принимаем

диаметр витка змеевика d_зм=2,040 м ,

диаметр трубы змеевика d_тр= 0,053 м,

расстояние между витками по вертикали ­­h= 1,50 м.

Длина одного витка змеевика как винтовой линии составит

Поверхность теплообмена одного витка принимается равной

Число витков змеевика

.

Процесс диазотирования метоксилидина скла­ды­ва­ется из трех стадий :

I - охлаждение раствора соляной кислоты до -2 С ;

II - охлаждение кислого раствора метоксилидина до -3 С ;

III - собственно диазотирование.

Температурная диаграмма процесса диазотирования в таком случае выглядит следующим образом :

6.1 Определение количества теплоты Q₂. отводимое хладагентом или подводимое теплоносителем, для каждой стадии

I стадия.

Q₃ = 0, так как не протекает никаких химических превращений.

Q₁ + Q₂ = Q₄ + Q₅ + Q₆

Q₂ = 1,05 ( Q₄ + Q₅ - Q₁ )

Q₄ = [92,00 0,99 + (2200 + 244,5) 4,18 ] 271 = 2,79 10⁶ КДж

Q₅ = 1350 0,549 (271 - 293) = -1,63 10⁴ Дж

Q₁ = [92,00 0,99 + (2200 + 244,5 4,18 ] 293 = 3,02 10⁶ КДж

Q₂ = 1,05 (2,79 10⁶ - 1,6310⁴ - 3,02 10⁶) = -2,60 10⁵ КДж

II стадия.

Q₃ = [ 121,0 4,19 1000 3,15 ] / 121 = 1,32 10⁴ КДж

Q₂ = 1,05 ( Q₄ + Q₅ - Q₃ - Q₁ )

Q₄ = [121,00 1,68 + 92,00 0,99 + (2200 + 244,5+24,8) 4,18 ] 270 = 2,87 10⁶ КДж

Q₅ = 1350 0,549 (270 - 271) = - 0,74 10³ КДж

Q₁ = 121,00 1,63 293 + 2,79 10⁶ = 2,85 10⁶ КДж

Q₂ = 1,05 (2,87 10⁶ -1,32 10⁴ - 0,74 10³ -2,85 10⁶) = -1,63 10⁴ КДж

III стадия.

Q₅ = 0

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₄ + Q₆

Q₂ = 1,05 ( Q₄ - Q₁ - Q₃ )

Q₄ = [ 163,0 1,28 + 14,7 1,28 + 58,5 0,9 + 15,3 0,99 + 9,8 1,71 +

+ (2200 + 244,54+24,8+ 177,1 + 37,8) 4,18 ] 274 = 3,15 10⁶ КДж

Q₁ = [121,001,68+92,000,99+761,03 + (2200+244,5+24,8+177,1)4,18 ]270

= 3,0910⁶ КДж

Q₃ = [1214,19(1000 0,967 23,81 + 34,5 10) ] / 121 = 9,8 10⁴ КДж

Q₂ = 1,05 (3,15 10⁶ - 3,0910⁶ - 9,8 10⁴) = -3,9 10⁴ КДж

6.2 Расчет поверхности теплообмена

I стадия.

В качестве хладоагента используется рассол с начальной температурой -10С и конечной температурой -5С. Теплоемкость примем как для воды.

Противоток:

Прямоток:

Принимаем значение коэффициента теплопередачи [3] К=900 Вт/ м²·К.

Время охлаждения = 30 мин = 1800 с.

Расход рассола

Поверхность теплообмена:

Число витков змеевика:

II стадия.

В качестве хладоагента используется рассол с начальной температурой -10С и конечной температурой -5С.

Противоток:

Прямоток:

Принимаем значение коэффициента теплопередачи [3] К=900 Вт/ м²·К.

Время охлаждения = 10 мин = 600 с.

Расход рассола

Поверхность теплообмена:

Число витков змеевика:

III стадия.

В качестве хладоагента используется рассол с начальной температурой -10С и конечной температурой -5С.

Принимаем значение коэффициента теплопередачи [3] К=900 Вт/ м²·К.

Время охлаждения = 20 мин = 1200 с.

Расход рассола

Поверхность теплообмена:

Число витков змеевика:

виток.

С учетом запаса поверхности теплообмена, принимаемого равным 30%, число витков змеевика составит:

n = 2,31·(1+0,3) = 2,99 3 витка.

Суммарный расход рассола с запасом = 1,3(6,9+1,3+1,55) = 12,68 кг/с

7 Ежегодные нормы расхода основных видов сырья, вспомогательных материалов и промежуточных продуктов.

8 Ежегодная норма образования отходов производства

9 Нормы технологического режима

Характеристики

Список файлов курсовой работы