Материальный баланс процесса получения фталевого ангидрида ок. Контрольная работа 2 по дисциплине Общая химическая технология Выполнил студент заочного отделения Шамсиев Насимбой Зохир угли
 Скачать 167 Kb.
|
|
Министерство образования и науки России Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет» Кафедра общей химической технологии Контрольная работа №2 по дисциплине «Общая химическая технология» Выполнил студент заочного отделения Шамсиев Насимбой Зохир угли Группа № 4173-11 Шифр 074574 2021 учебный год Задача № 48 1. Составить материальный баланс процесса получения фталевого ангидрида окислением нафталина 2. Рассчитать технологические и технико-экономические показатели. В основу расчета принять следующие реакции: 
1.Расчет материального баланса процесса Диаграмма материальных потоков  кислород Р фталевый ангидрид    воздух Е малеиновый ангидрид  азот А нафтахинон  К Т вода   р-р нафталина O азот  P нафталин(потери)  кислородуглекислый газ Расчет материального баланса процесса В задаче будем применять следующие обозначения для наименования веществ: ФА –фталевый ангидрид; НФХ –нафтахинон; МА–малеиновый ангидрид; НФ – нафталин; На основе табл. Д. И. Менделеева рассчитываем молекулярные массы веществ, участвующих в процессах: MФА = 148 кг/ кмоль; MНФХ= 158 кг/ кмоль; MМА = 98 кг/ кмоль; MО2 = 32 кг / кмоль; MСО2 = 44 кг / кмоль; MН2О = 18 кг/ кмоль; MНАФ= 128 кг/ кмоль Масса потока на входе j–го компонента будем обозначать через Qj , массовый поток на выходе из реактора k – го вещества через Wк , массу превращенного(или получаемого) i – го вещества в химической реакции через Ri . Расход Средняя часовая производительность установки по реакционной смеси: Qреакц.смесь = 600 кг/ч На основе состава определяем массы входящих в нее компонент XФА % 78 % WФА = ——— ∙ Qреакц.смесь = ——— ∙ 600 = 468,000 кг/ч 100 % 100 % XМА % 20 % WМА = ——— ∙ Qреакц.смесь = ——— ∙ 600 = 120,000 кг/ч 100 % 100 % XНФХ % 2 % WНФХ = ——— ∙ Qреакц.смесь = ——— ∙ 600 = 12,000 кг/ч 100 % 100 % ———————————————————————— Итого 600 кг/ч Что в молях составит QФА 468,000 nФА = ——— = ——— = 3,16216 кмоль/ч MФА 148 QМА 120,000 nМА = ——— = ——— = 1,22449 кмоль/ч MМА 98 QНФХ 12,000 nНФХ = ——— = ——— = 0,07595 кмоль/ч MНФХ 158 На основе стехиометрии находим количество остальных образующихся веществ в реакциях nН2О(1 реакц.)=2∙ nФА=2 ∙ 3,16216 =6,32432 кмоль/ч nСО2(1 реакц.)=2∙ nФА=2 ∙ 3,16216 =6,32432 кмоль/ч nН2О(2 реакц.)= nНФХ = 0,07595 кмоль/ч nН2О(3 реакц.)= 3 ∙ n МА =3 ∙ 1,22449 =3,6735 кмоль/ч nСО2(3 реакц.)=6∙ n МА =6 ∙ 1,22449 =7,34694 кмоль/ч Их массы R1Н2О= nН2О(1 реакц.) ∙ MН2О = 6,32432 ∙ 18 = 113,838 кг/ч R 1СО2= n СО2(1 реакц.) ∙ M СО2 = 6,32432 ∙ 44 = 278,27 кг/ч R2Н2О= nН2О(2 реакц.) ∙ MН2О = 0,07595 ∙ 18 = 1,3671 кг/ч R3Н2О= nН2О(3 реакц.) ∙ MН2О = 3,6735 ∙ 18 =66,1230 кг/ч R3 СО2= n СО2(3 реакц.) ∙ M СО2 = 7,34694 ∙ 44 = 323,2654 кг/ч WСО2 = R 1СО2 + R3 СО2= 278,27+323,2654 = 601,53 кг/ч Приход Из стехиометрии определяем число моль исходных веществ, принявших участие в реакциях nНАФ(1 реакц.) = nФА = 3,16216 кмоль/ч nНАФ(2 реакц.) = nНФХ = 0,07595 кмоль/ч nНАФ(3 реакц.) = n МА = 1,22449 кмоль/ч n О2(1 реакц.) = 4,5∙nФА =4,5∙ 3,16216 =14,2297 кмоль/ч n О2(2 реакц.) = 1,5∙nНФХ =1,5∙ 0,0759 =0,1138 кмоль/ч n О2(3 реакц.) = 9∙ nМА =9∙ 1,22449 =11,0204 кмоль/ч Их массы R1НАФ= nНАФ(1 реакц.)∙ MНАФ = 3,16216∙128=404,756 кг/ч R2НАФ= nНАФ(2 реакц.)∙ MНАФ = 0,07595 ∙128=9,722 кг/ч R3НАФ= nНАФ(3 реакц.)∙ MНАФ = 1,22449 ∙128=156,735 кг/ч R1 О2= n О2(1 реакц.) ∙ MО2 =14,2297 ∙ 32 = 455,35 кг/ч R2 О2= n О2(2 реакц.) ∙ MО2 =0,1138 ∙ 32 = 3,642 кг/ч R3 О2= n О2(3 реакц.) ∙ MО2 =11,0204 ∙ 32 = 352,653 кг/ч Общее количество прореагировавшего нафталина RНАФ = R1НАФ + R2НАФ+ R3НАФ=404,756+9,722+156,735=571,213 кг/ч Потери нафталина(конверсия нафталина 100 %): 2 % QНАФ(потери) = ———571,213= 11,424 кг/ч 100 % На основе потерь, определяем массу поступившего нафталина QНАФ= RНАФ + QНАФ(потери) = 571,213 + 11,424 =582,637 кг/ч n О2 (реакц.) = n О2(1 реакц.) + n О2(2 реакц.) + n О2(3 реакц.) = = 14,2297 + 0,1138 + 11,0204 = 25,3639 кмоль/ч RO2= n O2(реакц.) ∙ MO2 = 25,3639∙32 = 811,645 кг/ч Масса воздуха: Qвоздух=20 ∙ QНАФ= 20 ∙582,637=11652,74 кг/ч Средняя молекулярная масса воздуха Мвоздух=29 кг/кмоль nвоздух = Qвоздух / Мвоздух = 11652,74 / 29 = 401,819 кмоль Воздух состоит из 21 % (мольн.) кислорода и 79 % (мольн.) азота: 79 % 79 % nN2 = ——— ∙ n O2 = —— ∙ 401,819 = 317,437 кмоль/ч 100 % 100 % Что по массам составит: Q N2 = nN2 ∙ M N2 = 317,437 ∙ 28 = 8888,236 кг/ч QO2= Qвоздух – Q N2 = 11652,74 – 8888,236 = 2764,504 кг/ч 5 % QН2О= —— QНАФ = 0,05∙582,637=29,132 кг/ч 100 % Qр-р НАФ = QНАФ+ QН2О=582,637+29,132= 611,769 кг/ч Расход(продолжение) WN2 =Q N2= 8888,236 кг/ч WНАФ =QНАФ(потери) = 11,424 кг/ч WO2= QO2– RO2 =2764,504–811,645=1952,859 кг/ч WН2О= QН2О+ R1Н2О+ R2Н2О+ R3Н2О=29,132+113,838+1,3671+66,1230=210,460 кг/ч На основе расчетов составляем таблицу материального баланса Таблица 1. Таблица материального баланса
2. Технологические и технико-экономические показатели Производительность установки по целевому продукту – по фталевому ангидриду: W ФА = 468,00 кг/ч Пропускная способность установки по р-ру нафталину: Q НАФ = 611,769 кг/ч по воздуху: Qвоздух = 11652,74 кг/ч Общая конверсия нафталина кислорода: R НАФ 571,213 α НАФ = ——— ∙ 100 % = ———— ∙ 100 % = 98,0 % Q НАФ 582,637 R О2 2764,504 α О2 = ——— ∙ 100 % = ———— ∙ 100 % = 23,72 % Q О2 11652,74 Выход фталевого ангидрида поданный нафталин Для расчета этого показателя определим теоретический выход фталевого ангидрида исходя из поданного на переработку нафталина. Составим пропорцию 128 кг нафталина —— 148 кг фталевого ангидрида 582,637 кг нафталина —— Qт Отсюда находим Qт = 582,637 ∙ 148 / 128 = 673,740 кг/ч Выход фталевого ангидрида на поданный нафталин : Qф 468,00 β = ———— ∙ 100 % = ———— ∙ 100 % = 69,5 % Q т 673,740 Выход фталевого ангидрида превращенный нафталин Для расчета этого показателя определим теоретический выход фталевого ангидрида исходя из превращенного нафталина. Составим пропорцию 128 кг нафталина —— 148 кг фталевого ангидрида 571,213 кг нафталина —— Qт Отсюда находим Qт' = 571,213 ∙ 148 / 128 = 640,5 кг/ч Выход фталевого ангидрида на превращенный нафталин: Qф 468,00 β' = ———— ∙ 100 % = ———— ∙ 100 % = 73,1 % Qт' 640,5 Выход фталевого ангидрида на поданный кислород Для расчета этого показателя определим теоретический выход фталевого ангидрида исходя из поданного на переработку кислорода. Составим пропорцию 4,5∙32 кг кислорода —— 148 кг фталевого ангидрида 2764,504 кг кислорода —— Qт Отсюда находим Qт = 2764,504 ∙ 148 / (4,5∙32) = 2841,29 кг/ч Выход фталевого ангидрида на поданный кислород: Qф 468 β = ———— ∙ 100 % = ———— ∙ 100 % = 16,5 % Q т 2841,29 Выход фталевого ангидрида на превращенный кислород Для расчета этого показателя определим теоретический выход фталевого ангидрида исходя из превращенного кислорода. Составим пропорцию 3∙32 кг кислорода —— 148 кг фталевого ангидрида 811,645 кг кислорода —— Qт Отсюда находим Qт' = 811,645 ∙ 148 / (4,5∙32) = 834,19 кг/ч Выход фталевого ангидрида на превращенный кислород: Qф 468 β' = ———— ∙ 100 % = ———— ∙ 100 % = 56,1 % Q' т 834,19 Теоретические расходные коэффициенты: Расходные коэффициенты по сырью – это количество каждого вида сырья, израсходованного на получение 1 кг целевого продукта. Различают теоретический и фактический расходные коэффициенты. Теоретические коэффициенты рассчитывают из стехиометрического уравнения реакции, используя молекулярные массы реагентов и продуктов. Фактические расходные коэффициенты находят из данных материального баланса. для фталевого ангидрида по нафталину: 1 ∙ М НАФ 1 ∙ 128 KT ФА / НАФ = ————— = ———— = 0,865 кг/кг 1 ∙ М ФА 1 ∙ 148 для фталевого ангидрида по кислороду: 1 ∙ М НАФ 1 ∙ 128 KT ФА / О2 = ————— = ———— = 0,888 кг/кг 4,5 ∙ М О2 4,5 ∙ 32 Фактический расходный коэффициент для фталевого ангидрида по нафталину: Определим предварительно количество нафталина, затраченного на образования фталевого ангидрида Q ФА / НАФ = R1НАФ = 404,756 кг/ч Массовое содержание нафталина в сырье(в относительных единицах) Q НАФ 582,637 x НАФ = ————— = ——— = 0,952 Q техн. НАФ 611,769 Масса сырья(технического нафталина)пошедшего на образования фталевого ангидрида Q ФА / НАФ 404,756 Qсырья = ————— = ———— = 425 x НАФ 0,952 Фактический расходный коэффициент Qсырья 425 KФ = ———— = ———— = 0,908 кг/кг Q ФА 468 Фактический расходный коэффициент для фталевого ангидрида по кислороду: Определим предварительно количество кислорода, затраченного на образования фталевого ангидрида( из табл. материального баланса) Q ФА / О2 = 455,35 кг/ч Массовое содержание кислорода в сырье(в воздухе в относительных единицах) Q О2 2764,504 x О2 = ———— = ———— = 0,237 Q воздух 11652,74 Масса сырья(воздуха)пошедшего на образования фталевого ангидрида Q ФА / О2 455,35 Qсырья = ———— = ————— = 1921,3 x О2 0,237 Фактический расходный коэффициент Qсырья 1921,3 KФ = ———— = ———— = 4,1 кг/кг Q ФА 468 Список использованной литературы: 1. Общая химическая технология / Под ред. проф. И.П. Мухленова, т. 1. - М.: высшая школа, 1984. 2. Юкельсон И.И. Технология основного органического синтеза. – М.: Химия,1968. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||