Главная страница
Навигация по странице:

  • Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский

  • Расчет материального баланса процесса

  • Таблица 1. Таблица материального баланса

  • 12264,509 Итого: 12264,509

  • Выход фталевого ангидрида поданный нафталин

  • Выход фталевого ангидрида превращенный нафталин

  • Выход фталевого ангидрида на превращенный кислород

  • Список использованной литературы

  • 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.
    НазваниеКонтрольная работа 2 по дисциплине Общая химическая технология Выполнил студент заочного отделения Шамсиев Насимбой Зохир угли
    Дата20.06.2022
    Размер167 Kb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаМатериальный баланс процесса получения фталевого ангидрида ок.doc
    ТипКонтрольная работа
    #605308

    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:




    Исходные данные

    Кол-во безводной реакц. смеси, кг/час

    600

    Состав безводной реакционной смеси,

    % мас.: фталевый ангидрид

    малеиновый ангидрид

    нафтахинон


    78

    20

    2

    Конверсия нафталина, %

    100

    Содержание нафталина в сырье, % мас.

    95

    Массовое соотношение воздух : нафталин

    20

    Потери нафталина, % мас.

    2



    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)



    кислород
    углекислый 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










    Наименование вещ-ва

    кг/ч



    Наименование вещ-ва

    кг/ч


    1.
    1.2 1.3

    2.

    2.1

    2.2



    р-р нафталина
    нафталин

    вода

    воздух
    кислород

    азот


    611,769
    582,637

    29,132

    11652,74
    2764,504

    8888,236

    1.

    1.1

    1.2

    1.3

    2.

    6.

    7.

    8.

    9.


    безв.реакц. смесь

    фталевый ангидрид

    малеиновый ангидрид

    нафтахинон

    вода

    азот

    нафталин(потери)

    кислород

    углекислый газ

    600

    468,00

    120,000

    12,000

    210,460

    8888,236

    11,424

    1952,859

    601,53

    Итого:

    12264,509

    Итого:

    12264,509


    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.






    написать администратору сайта