Статьи расхода.
1. Диазосоединение с выходом 96,75%.
m ДИАЗО = 168,5 × 1,0 × 0,967 = 163,0 кг
2. Примеси от реакции.
m ПР = ×168,5 1,0 × 0,033 = 5,5 кг
3. Хлорид натрия.
m NaCl = 58,5 × 1,1 = 64,4 кг
4. Избыток соляной кислоты.
m 100% HCl = 36,5 × [ 2,52 - ( 1,1 + 1,0 )] = 15,3 кг
5. Серная кислота.
m H2SO4 = 98 × 0,1 = 9,8 кг
6. Отходящие газы.
m N2 = 28 × 0,1 = 2,8 кг
7. Вода, образующаяся в ходе реакции диазотирования.
m H2O = 18 × ( 2 × 1,0 + 0,1 ) = 37,8 кг
8. Вода по статьям расхода.
S m ВОДА РАСХ = 2761,4 + 37,8 = 2799,2 кг
| Приход |
Масса |
Кол-во |
Расход |
Масса |
% |
| кг |
кмоль |
кг |
|||
| Метоксилидин состава: 1. метоксилидин 2. вода Соляная кислота состава: 1. HCl 2. вода Нитрит натрия состава: 1. NaNO2. 2. вода Вода Сульфаминовая кислота состава: 1. H2NSO3H 2. Примеси 3. Вода |
145,8 121,0 24,8 334,5 92,0 242,5 253,0 75,9 177,1 2200,0 130,0 9,7 3,3 117,0 |
1,00 2,52 1,10 0,1 |
Раствор диазоксилола состава: 1. диазоксилол 2. NaCl 3. Примеси органика 4. Примеси сульфамин. 5. HCl 6. Вода 7. Серная кислота 8. Отходящие газы |
163,0 64,4 5,5 3,3 15,3 2799,2 9,8 2,8 |
|
| Итого |
3063,3 |
Итого |
3063,3 |
5.4.2 Приготовление раствора смеси Р-соли и Шеффер соли.
| Приход |
Масса |
Расход |
Масса |
||
| кг |
% |
кг |
% |
||
| Р-соль состава: 1. сумма нафтолсульфокислот 2. примеси 3. серная кислота 4. вода Соль Шеффера состава: 1. сумма нафтолсульфокислот 2. примеси 3. вода Аммиак водный состава: 1. аммиак 2. вода Вода |
1117,6 285,0 27,9 55,9 748,8 125,0 50,0 11,3 63,7 280,0 70,0 210,0 2300,0 |
100,0 25,5 2,5 5,0 67,0 100,0 40,0 9,0 51,0 100,0 25,0 75,0 100,0 |
Раствор смеси Р-соли и Шеффер соли состава: 1. смесь Р-соли и Шеффер соли 2. аммиак 3. примеси 4. вода |
3822,6 279,1 7,6 80,3 3455,6 |
100,0 7,3 6,2 2,1 90,4 |
| Итого |
3822,6 |
100 |
Итого |
3822,6 |
100 |
[MAX2]
[MAX3]
5.4.3 Получение и выделение готового красителя.
| Приход |
Масса |
Расход |
Масса |
||
| кг |
% |
кг |
% |
||
| Раствор диазоксилола состава: 1. диазоксилол 2. NaCl 3. Органические продукты разложения 4. HCl 5. вода Раствор смеси Р-соли и Шеффер соли состава: 1. смесь Р-соли и Шеффер соли 2. аммиак 3. примеси 4. вода Соль поваренная Асидол Вода |
2910,3 163,0 55,3 46,6 8,7 2636,7 2910,3 163,0 55,3 46,6 8,7 2636,7 1200,0 3,0 1900,0 |
100 5,6 1,9 1,6 0,3 90,6 100,0 7,3 6,2 2,1 90,4 100,0 100,0 100,0 |
Суспензия готового красителя состава: 1. паста готового красителя 2. NH4Cl 3. NaCl 4. Р-соль 5. Органические продукты разложения 6. примеси 7. вода |
9835,9 796,7 59,0 1308,2 19,7 49,1 29,5 7573,7 |
100,0 8,1 0,6 13,3 0,2 0,5 0,3 77,0 |
| Итого |
9835,9 |
100 |
Итого |
9835,9 |
100 |
5.4.4 Фильтрация готового красителя.
| Приход |
Масса |
Расход |
Масса |
||
| кг |
% |
кг |
% |
||
| Суспензия готового красителя состава: 1. паста готового красителя 2. NH4Cl 3. NaCl 4. Р-соль 5. Органические продукты разложения 6. примеси 7. вода |
9835,9 796,7 59,0 1308,2 19,7 49,1 29,5 7573,7 |
100,0 8,1 0,6 13,3 0,2 0,5 0,3 77,0 |
Паста готового красителя состава: 1. готовый краситель 2. NH4Cl 3. NaCl 4. Органические продукты разложения 5. примеси 6. вода Фильтрат состава: 1. готовый краситель 2. NH4Cl 3. NaCl 4. Р-соль 5. Органические продукты разложения 6. примеси 7. вода |
2176,5 731,3 2,2 243,8 2,2 2,2 1194,8 7659,4 15,3 53,6 1011,0 15,3 46,0 23,0 6495,2 |
100,0 33,6 0,1 11,2 0,1 0,1 54,9 100,0 0,2 0,7 13,2 0,2 0,6 0,3 84,0 |
| Итого |
9835,9 |
100 |
Итого |
9835,9 |
100 |
6. Тепловой баланс стадии диазотирования
Тепловой баланс процесса диазотирования ароматических аминов описывается уравнением:
Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5 +Q6 , где
· Q1 - тепло, поступающее в аппарат с исходными веществами, кДж
· Q2 - тепло, отводимое охлаждающим агентом или подводимое теплоносителем к аппарату, кДж
· Q3 - тепловой эффект процесса, кДж
· Q4 - тепло, уносимое продуктами реакции, кДж
· Q5 - тепло, идущее на охлаждение или нагревание отдельных частей аппарата, кДж
· Q6 - тепло, теряемое аппаратом в окружающую среду или получаемое из нее, кДж
Расчет теплот Q1 и Q2 проводят по следующим формулам :
Q1 = S Gi н × cp × Tн ;
Q4 = S Gjк × cp × Tк ,
· Giн , Gjк - масса исходных веществ и продуктов реакции, кг ;
· срн , срк - удельные теплоемкости исходных веществ и продуктов реакции,
кДж / кг×К ;
· Tн ,Tк - начальная и конечная температуры на данной стадии процесса, К.
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
· сра - атомные теплоемкости элементов, кДж/ кг×К ;
· n - число одноименных атомов в молекуле ;
· M - молекулярная масса соединения, кг/ кмоль.
сР1 = (8 × 7,53 + 13 × 9,62 + 1 × 11,3) / 121 = 1,63 кДж / кг ×К
сР2 = (8 × 7,53 + 11 × 9,62 + 2 × 11,3 + 26,36) / 168,5 = 1,28 кДж / кг ×К
Удельные теплоемкости исходных веществ и продуктов реакции.
| № |
Наименование |
Удельная теплоемкость ср , кДж/ кг×К |
| 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 ;
* - выход в реакции диазотированния, вес. доли ;
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 = RNH2 ×HCl + q1
-разложение нитрита натрия соляной кислотой
NaNO2 + HCl = HNO2 + NaCl + 3,45 ккал/ г-моль
-диазотирование
RNH2 + HNO2 = R-N=N-OH + H2 O + q3
-нейтрализация диазоаминов
R-N=N-OH + HCl = RN2 + Cl- + H2 O + 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 × cР ап × ( TК ап - TН ап ),
где GАП - масса отдельных частей аппарата, кг
GАП = 1350 кг ;
сР ап - теплоемкость материала, из которого изготовлен аппарат, кДж/ кг×К
сР Ti = 0,549 кДж/ кг ×К ;
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 × Q2
Количество теплоты Q2 необходимое для охлаждения или нагревания отдельных частей аппарата
Q2 = K × F × Dtср × t ,
где К - среднее значение коэффициента теплопередачи, кВт/ м2 ×К ;
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
· диаметр витка змеевика dзм =2,040 м ,
· диаметр трубы змеевика dтр = 0,053 м ,
· расстояние между витками по вертикали h= 1,50 м .
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 × 0,99 + (2200 + 244,5) × 4,18 ] × 271 = 2,79 × 106 КДж
Q5 = 1350 × 0,549 × (271 - 293) = -1,63 × 104 Дж
Q1 = [92,00 × 0,99 + (2200 + 244,5× 4,18 ] × 293 = 3,02 × 106 КДж
Q2 = 1,05 (2,79 × 106 - 1,63×104 - 3,02 × 106 ) = -2,60 × 105 КДж
II стадия.
Q3 = [ 121,0 × 4,19 × 1000 × 3,15 ] / 121 = 1,32 × 104 КДж
Q2 = 1,05 ( Q4 + Q5 - Q3 - Q1 )
Q4 = [121,00 × 1,68 + 92,00 × 0,99 + (2200 + 244,5+24,8) × 4,18 ] × 270 = 2,87 × 106 КДж
Q5 = 1350 × 0,549 × (270 - 271) = - 0,74× 103 КДж
Q1 = 121,00 × 1,63 × 293 + 2,79 × 106 = 2,85 × 106 КДж
Q2 = 1,05 (2,87 × 106 -1,32 × 104 - 0,74× 103 -2,85 × 106 ) = -1,63 × 104 КДж
III стадия.
Q5 = 0
Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q6
Q2 = 1,05 ( Q4 - Q1 - Q3 )
Q4 = [ 163,0 × 1,28 + 14,7 × 1,28 + 58,5 × 0,9 + 15,3 × 0,99 + 9,8 × 1,71 +
+ (2200 + 244,54+24,8+ 177,1 + 37,8) × 4,18 ] × 274 = 3,15 × 106 КДж
Q1 = [121,00×1,68+92,00×0,99+76×1,03 + (2200+244,5+24,8+177,1)×4,18 ]×270
= 3,09×106 КДж
Q3 = [121×4,19×(1000 × 0,967 × 23,81 + 34,5 × 10) ] / 121 = 9,8 × 104 КДж
Q2 = 1,05 (3,15 × 106 - 3,09×106 - 9,8 × 104 ) = -3,9 × 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 = 1,3×(6,9+1,3+1,55) = 12,68 кг/с
7 Ежегодные нормы расхода основных видов сырья, вспомогательных материалов и промежуточных продуктов.
| № |
нормы расхода основных видов сырья, вспомогательных материалов и промежуточных продуктов. [кг] |
нормы расхода основных видов сырья, вспомогательных материалов и промежуточных продуктов на 1 тонну
|