курсовая дистиллсят. Методические указания к КР(расчеты) (1). Методические указания по выполнению расчетной части

• Название: Методические указания по выполнению расчетной части
• Анкор: курсовая дистиллсят
• Дата: 14.03.2022
• Размер: 1.26 Mb.
• Имя файла: Методические указания к КР(расчеты) (1).doc
• Тип: Курсовая; #396553
• страница: 1 из 12

Методические указания по выполнению расчетной части

Курсовой работы

1. Общие указания

В данном пособии рассмотрено выполнение расчетов по процессам, отличающимся изменением энергии Гиббса. Более подробно показано выполнение первого варианта. В остальных приведена возможность решения другими способами или отличия в решении по сравнению с первым вариантом.

Для подготовки обзора по свойствам реагентов и продуктов, как правило, может быть использована самая разнообразная литература – учебники, справочники, монографии по отдельным процессам и др.

Для подготовки к выполнению расчетной части работы могут быть рекомендованы источники [1-5].

Изучение кинетики, механизма реакции и выбор технологической схемы процесса требуют специальной литературы; в качестве примера приведены источники [6-23].

Курсовая работа оформляется в виде записки и двух листов графического материала (технологическая схема процесса и общий вид основного аппарата).

По работе готовится доклад и проводится защита. оценка по курсовой работе определяется защитой.
2. Выполнение расчетов по заданию первого варианта
Задание:

Дать обзор по свойствам реагентов и продуктов, по кинетике и механизму реакции.

Определить количественный состав продуктов, тепловой эффект реакции, температуру в зоне реакции, изменение энергии Гиббса системы.

Представить материальный и тепловой балансы системы.

Обосновать выбор реактора и технологической схемы процесса. Дать экологический анализ.

СаСО₃ + Н₂SO₄ CaSO₄ + CO₂ + H₂O - H

Состав руды: СаСО₃ – 47%; Ca₃(PO₄)₂ – 30%; CaF₂ – 3%; Al₂O₃ – 10%; SiO₂ – 10%.

СаСО₃ превращается на 80%, Н₂SO₄ берется с избытком в 1,1 в виде 20%-ного раствора.

Принять, что 75% Н₂О выводится со шламом, а 25% переходит в газовую фазу.

Температуру реагентов принять 20⁰С. Расчет вести на 1т СаSO₄.
2.1. Схема движения материальных потоков
Производство простого суперфосфата заключается в сернокислотном разложении фтораппатита. Процесс гетерогенный, многофазный, осуществляемый согласно общему уравнению реакции

2Ca₅F(PO₄)₃ + 7H₂SO₄ + 3H₂O 3Ca(H₂PO₄)₂*H₂O + 7CaSO₄ + 2HF -H

В действительности процесс разложения значительно более сложен, протекает в две стадии и сопровождается рядом побочных реакций. Так, карбонаты кальция, всегда присутствующие в осадочных фосфоритных рудах, разлагаются серной кислотой с выделением диоксида углерода. Именно эта реакция принята в качестве задания на курсовую работу.

Схема материальных потоков

Руда Раствор

СаСО₃ Н₂SO₄

Ca₃(PO₄)₂ H₂O

CaF₂

Al₂O₃ CO₂

SiO₂ H₂O_(Г)

Реактор


Шлам

СaSO₄

Ca₃(PO₄)₂

CaF₂

Al₂O₃

SiO₂

CaCO₃

H₂O_(Ж)

CaCO₃ + H₂SO₄ CaSO₄ + CO₂ + H₂O -H
2.2. Материальный баланс процесса
1) теоретически необходимое количество СаСО₃.

По уравнению реакции на 136 кг СаSO₄ необходимо 100 кг CaСO₃. Тогда на 1000 кг СaSO₄ необходимо 735,3 кг СaСО₃ (или 7,35 кмоль)





где m – масса вещества, кг

n – количество вещества, кмоль

2) потребность в СаСО₃ с учетом степени превращения 80%

735,3 – 80% = 919,12 кг

- 100% = 9,19 кмоль

3) количество СаСО₃ не вступившее в химическое взаимодействие

919,12 – 735,3 = 183,82 кг (или 1,84 кмоль)

4) количество Са₃(РО₄)₂ в руде

919,12 – 47% = 586,67 кг

- 30%

= 1,89 кмоль
5) аналогично находится содержание остальных соединений в руде

= 58,67 кг = 0,75 кмоль

= 195,56 кг = 1,92 кмоль

= 195,56 кг = 3,26 кмоль

6) теоретически необходимое количество серной кислоты. По уравнению реакции на 136 кг СаSO₄ необходимо 98 кг H₂SO₄. Тогда на 1000 кг CaSO₄ необходимо 720,59 кг (или 7,35 кмоль).

=720,59 кг

= 7,35 кмоль

7) потребность в серной кислоте с учетом избытка

=720,59*1,1; = 792,65 кг

= 8,09 кмоль

8) количество H₂SO₄ , не вступающее в химическое взаимодействие

792,65 – 720,59 = 72,06 кг ( или 0,73 кмоль)

9) количество воды, поступающее в аппарат с раствором серной кислоты

792,65 кг – 20% = 3170,6 кг

- 80% = 176,14 кмоль

10) количество образующегося диоксида углерода определяется по уравнению реакции.

При разложении 100 кг СаСО₃ образуется 44 кг СО₂. Тогда при разложении 735,3 кг СаСО₃ образуется 323,53 кг ( или 7,35 кмоль ) СО₂

= 323,53 кг

= 7,35 кмоль

11) количество образующейся Н₂О

= 132,35 кг

= 7,35 кмоль

12) полученные расчетные данные сводятся в таблицу материального баланса

Приход			Расход
Вещество	кг	кмоль	Вещество	кг	Кмоль
СаCO3	919,12	9,19	СаCO3	183,82	1,84
Ca3(PO4)2	586,67	1,89	Ca3(PO4)2	586,67	1,89
CaF2	58,67	0,75	CaF2	58,67	0,75
Al2O3	195,56	1,92	Al2O3	195,56	1,92
SiO2	195,56	3,26	SiO2	195,56	3,26
H2SO4	792,65	8,09	H2SO4	72,06	0,73
H2O	3170,6	176,14	H2O	3170,6	176,14
			CaSO4	1000	7,35
			CO2	323,53	7,35
			H2O	132,35	7,35
ИТОГО	5918,15			5918,15	208,58

2.3. Количественный состав продуктов
По условию задания 75% Н₂О выводится со шламом, а 25% переходит в газовую фазу.

1) общее количество Н₂О в расходе

3170,6 + 132,35 = 3302,95 кг; n = 183,5 кмоль

2) количество Н₂О в шламе

3302,95*0,75 = 2477,21 кг; n = 137,62 кмоль

3) количество Н₂О в газовой фазе

3302,95*0,25 = 825,74 кг; n = 45,9 кмоль

4) количество газовой фазы

СО₂ = 323,53 кг; = 7,35 кмоль

Н₂О_(Г) = 825,74 кг; = 45,87 кмоль

= 7,35*22,4 = 164,64 м³

= 45,87*22,4 = 1027,49 м³

V_{газ.фазы} = 164,64 + 1027,49 = 1192,13 м³

5) состав газовой фазы

1192,13 м³ – 100%

164,64 м³ – х

х = 13,81%

В газовой фазе: СО₂ – 13,81 %об; Н₂О_(Г) – 86,19 %об

6) состав шлама

СаCO3	- 183,82 кг
Ca3(PO4)2	- 586,67 кг
CaF2	- 58,67 кг
Al2O3	- 195,56 кг
SiO2	- 195,56 кг
СаSO4	- 1000 кг
H2SO4	- 72,06 кг
H2O	- 2477,21 кг

7) количество твердой фазы в шламе

183,82 + 586,67 + 58,67 + 195,56 + 195,56 + 1000 = 2220,28 кг

8) состав твердой фазы в шламе

СаCO3	- 8,28%мас.
Ca3(PO4)2	- 26,4%мас.
CaF2	- 2,64%мас.
Al2O3	- 8,81%мас.
SiO2	- 8,81%мас.
СаSO4	- 45,04%мас.

9) влажность шлама – 52,7%. Шлам кислый.

2.4. Тепловой эффект реакции при стандартных условиях
По закону Гесса тепловой эффект реакции равен сумме теплот образования продуктов за вычетом суммы теплот образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

Тепловые эффекты реакций часто выражают через изменение энтальпии. Тепловой эффект Н считают положительным для эндотермических процессов и отрицательным для экзотермических. Значение Н относят к числу молей веществ, участвующих в реакции, которое указывают стехиометрическими коэффициентами.

1) величины теплот образования веществ

Н_обрСаСО₃ = 1190000 кДж/кмоль

Н_обрH₂SO_4(р-р) = 267000 кДж/кмоль

Н_обрСaSO₄ = 1392000 кДж/кмоль

Н_обрСО₂ = 285500 кДж/кмоль

Н_обрН₂О_(Ж) = 286000 кДж/кмоль

2) тепловой эффект реакции (изменение энтальпии реакции) при стандартных условиях (25⁰С)

Н₂₉₈ = 1392000+285500+286000–1190000–267000 = 506500 кДж/кмоль

Изменение энтальпии экзотермической реакции показывается со знаком «-»

Н₂₉₈ = - 506500 кДж
3) величина теплового эффекта реакции при стандартных условиях, приходящаяся на 7,35 кмоль СаSO₄ (см. таб. Материального баланса)

Н₂₉₈ = - 506500*7,35 = - 3722775 кДж