Проектирование мастерской по производству 3,5-динитробензойной кислоты мощностью 13 тонн/год (стр. 8 из 26)

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 нагревасмеси	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