Производство красителя Кислотного алого

скачать (454 kb.)

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

6. Тепловой баланс стадии диазотирования



Тепловой баланс процесса диазотирования ароматических аминов описывается уравнением:

Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5 +Q6 , где


Расчет теплот Q1 и Q2 проводят по следующим формулам :

Q1 = S Gi н Ч cp Ч Tн ;

Q4 = S G Ч cp Ч Tк ,

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


сР1 = (8 Ч 7,53 + 13 Ч 9,62 + 1 Ч 11,3) / 121 = 1,63 кДж / кгЧК

сР2 = (8 Ч 7,53 + 11 Ч 9,62 + 2 Ч 11,3 + 26,36) / 168,5 = 1,28 кДж / кгЧК

Удельные теплоемкости исходных веществ и продуктов реакции.





Наименование

Удельная теплоемкость ср ,

кДж/ кгЧК

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 ;

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

d - избыток нитрита натрия от теоретического количества, %.
Теплота реакции диазотирования qP складывается из теплот реакций-элементов

-нейтрализация амина

RNH2 + HCl = RNH2ЧHCl + 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

qP = 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.

qP = 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 = GАП Ч cР ап Ч ( TК ап - TН ап ),

где GАП - масса отдельных частей аппарата, кг

GАП = 1350 кг ;

сР ап - теплоемкость материала, из которого изготовлен аппарат, кДж/ кгЧК

сР Ti = 0,549 кДж/ кгЧК ;

TК ап , TН 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 Ч Q2

Количество теплоты Q2 необходимое для охлаждения или нагревания отдельных частей аппарата

Q2 = K Ч F Ч Dtср Ч t ,

где К - среднее значение коэффициента теплопередачи, кВт/ м2ЧК ;

F - поверхность теплообмена аппарата, м2 ;

- среднелогарифмическая разность температур, К ;

t - продолжительность стадии теплообмена, с.

Таким образом поверхность теплообмена можнт быть представлена как



Для расчета количества витков змеевика принимаем

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 Ч 0,99 + (2200 + 244,5) Ч 4,18 ] Ч 271 = 2,79 Ч 106 КДж

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

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

Q2 = 1,05 (2,79 Ч 106 - 1,63Ч104 - 3,02 Ч 106) = -2,60 Ч 105 КДж
II стадия.

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

Q2 = 1,05 ( Q4 + Q5 - Q3 - Q1 )

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

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

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

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

Q5 = 0

Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q6

Q2 = 1,05 ( Q4 - Q1 - Q3 )

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

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

Q1 = [121,00Ч1,68+92,00Ч0,99+76Ч1,03 + (2200+244,5+24,8+177,1)Ч4,18 ]Ч270

= 3,09Ч106 КДж

Q3 = [121Ч4,19Ч(1000 Ч 0,967 Ч 23,81 + 34,5 Ч 10) ] / 121 = 9,8 Ч 104 КДж

Q2 = 1,05 (3,15 Ч 106 - 3,09Ч106 - 9,8 Ч 104) = -3,9 Ч 104 КДж

6.2 Расчет поверхности теплообмена


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



Противоток:



Прямоток:




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

Время охлаждения t = 30 мин = 1800 с.

Расход рассола


Поверхность теплообмена:


Число витков змеевика:




II стадия.

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



Противоток:


Прямоток:



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

Время охлаждения t = 10 мин = 600 с.

Расход рассола



Поверхность теплообмена:



Число витков змеевика:


III стадия.

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





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

Время охлаждения t = 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 = 1,3Ч(6,9+1,3+1,55) = 12,68 кг/с






1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

6. Тепловой баланс стадии диазотирования



Рефераты Практические задания Лекции
Учебный контент

© ref.rushkolnik.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации