Как сделать материальный баланс

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 05.10.2024

3.5.1. Материальный баланс составляется на единицу времени (час), на единицу выпускаемой продукции, на один производственный поток или на мощность производства в целом.

3.5.1. Баланс должен представлять собой схему с указанием всех входящих и выходящих потоков, с нанесением на нее всех стадий и переделов, меняющих качественные и количественные показатели технологических потоков.

На схему наносится таблица с характеристикой качественных и количественных показателей всех потоков.

Для малостадийных производств допускается составление баланса только в виде таблицы.

Пример составления материального баланса приведен в справочном Приложении N 2.

3.5.3. Материальный баланс для новых производств составляется по данным проекта. Для действующих - по достигнутым показателям работы производств в последний год перед составлением регламента.

Пересматривается материальный баланс только в случае включения в технологический процесс или исключения из него дополнительных операций или стадий.

Практический материальный баланс учитывает составы исходного сырья и готовой продукции, избыток одного из компонентов сырья, степень превращения реагентов, потери сырья и готового продукта и т.д.

Исходными данными для составления такого баланса являются:

- технологическая схема, отражающая вид и последовательность стадий производства;

- годовая производительность по данному продукту или данному спектру продуктов;

- производственная рецептура загрузки компонентов на каждой технологической стадии;

- потери сырья и готового продукта на каждой технологической стадии производства.

В зависимости от характера требований материальный баланс периодичес

ких процессов может составляться в трех вариантах: во-первых, исходя из суточной производительности вещества; во-вторых, на единицу массы готового продукта (чаще всего на 1 т); в-третьих, на количество готового продукта, полученного за один цикл работы. В этом случае наиболее целесообразен суточный материальный баланс.

Для непрерывных процессов материальный баланс составляется с учетом выработки в единицу времени (т/год, т/сут, т/ч, кг/ч, кг/мин, кг/с и т.д.).

В любом случае баланс делится на две основные части - общий материальный баланс и пооперационный (постадийный) материальный баланс.

При общем балансе материальные расчеты связаны с определением расхо

дов всех видов сырья. В большинстве случаев такие расчеты завершаются определением расходных коэффициентов всех компонентов процесса на единицу массы готового продукта (например, на 1 т) и сравнением их с расходными коэффициентами аналогичного существующего производства. Первым этапом будет определение рабочего времени в цехе. Его величина зависит от характера производства. Для периодических процессов

где Д - количество рабочих дней в году; Р - количество дней в году, отведенных на все виды ремонта; В - количество праздничных и выходных дней в году.

Для непрерывных процессов

В этом случае величина Р включает в себя и время на все виды ремонтов, и время периодических остановок на чистку оборудования, замену катализатора и т. п.

Далее необходимо определить производительность по готовому продукту. Вначале рассчитывается производительность без учета потерь

где - суточная производительность по готовому продукту без учета потерь, т/сут; N - годовой выход готового продукта, т.

Производительность с учетом потерь продукта по стадиям

где а - общая доля потерь продукта на всех стадиях процесса.

Общая величина потерь по всем стадиям

Определяя доли потерь по стадиям как а_i можем найти их количество из соотно-

Далее определяется расход каждого вида сырья с учетом потерь, исходя из рецептуры загрузки компонентов реакционной смеси. При этом предварительно рассчитывается рецептура в процентах на содержание каждого компонента, полагая за 100% всю реакционную смесь. Потери реакционной смеси на каждой стадии в равной степени относятся к каждому из компонентов, если нет отгона одного из продуктов, выделения его в осадок и др.

К полученным расходам сырьевых компонентов добавляются их возмож-

ные потери до получения реакционной смеси при транспортировке, загрузке и т.д. Окончательно производят расчет расходных коэффициентов сырьевых ком-

понентов на тонну готового продукта. Результаты расчета расходных коэффициентов оформляются в виде таблицы (см. таблицу 7.1)

Таблица 7.1. Пример представления расходных коэффициентов

№ п/п	Наименование сырья	Расход, т/сут (т/год)	Расходные коэффициенты, т/т готового продукта
Компонент А	А₁ (А₁ Д)	А₁/
Компонент В	В₁ (В₁ Д)	В₁/

Кроме расходных коэффициентов сырья рассчитываются аналогичные величины, характеризующие расход воды, пара, топлива, электроэнергии и т.д. Естественно, чем меньше расходные коэффициенты, тем экономичнее технологический процесс.

Особое значение имеют расходные коэффициенты по сырью, так как для большин-

ства химических производств львиная доля себестоимости продуктов приходится на эту статью.

Постадийный материальный баланс составляется в виде таблиц на каждой стадии, исходя из результатов расчета общего материального баланса.

Пример 7.4. Составить материальный баланс реактора каталитического окисления метанола в формальдегид. Производительность реактора по формальдегиду 10 000 т/год. Степень превращения метанола в формальдегид - 0,7; общая степень превращения метанола (с учетом побочных реакций) - 0,8.

Содержание метанола в спирто-воздушной смеси - 40% по объему. Мольные соотношения побочных продуктов на выходе из реактора

НСООН : СО₂: СО : СН₄ = 1,8 : 1,6 : 0,1 : 0,3.

Аппарат работает 341 день в году с учетом времени ППР (планово-предупреди-

тельных ремонтов) и простоев.

Решение: Формальдегид получается в результате окисления паров метанола кислородом воздуха при температуре 550 - 600 °С на серебряном катализаторе, где протекают следующие реакции:

СН₃ОН + 1/2О₂ = СН₂О + Н₂О,	(1)
СН₃ОН = СН₂О + Н₂,	(2)
СН₃ОН = СО + 2Н₂,	(3)
СН₃ОН + Н₂ = СН₄ + Н₂О,	(4)
СН₃ОН + О₂ = НСООН + Н₂О,	(5)
СН₃ОН + 1,5О₂ = СО₂ + 2Н₂О.	(6)

Возможная реакция Н₂ + 1/2О₂ = Н₂О стехиометрически зависима, так как она в сумме с реакцией (2) дает реакцию (1), поэтому ее нужно из балансовых расчетов исключить.

На реакцию подается лишь около 80% воздуха от мольного соотношения метанол : кислород = 2 : 1 и процесс проводится с неполным сгоранием водорода, образую-

щегося по реакции (3).

Отходящие газы содержат 20 - 21% формальдегида, 36 - 38% азота и примеси в ви-

де СО, СО₂, СН₄, СН₃ОН, НСООН и др. Вся эта смесь после охлаждения в котле-утилизаторе и холодильнике до 60 °С подается в поглотительную башню, оро-

шаемую водой. Полученный раствор формалина содержит 10 - 12% метанола, который в данном случае является желательной примесью, так как препятствует по-

лимеризации формальдегида. Молекулярные массы: формалина - 30; метанола - 32; кислорода - 16.

Производительность реактора по формальдегиду

10 000∙1000/341/24 = 1222 кг/ч или 1222/30 = 40,73 кмоль/ч.

Так как по реакциям (1) и (2) на образование 1 моля формальдегида расходуется 1 моль метанола, то, при 70% степени превращения метанола в формальдегид, имеем расход метанола:

40,7/0,7 = 58,143 кмоль/ч или 58,143 ∙32= 1860,6 кг/ч.

Определим объемные расходы исходных веществ при нормальных условиях.

Метанол - 58,143 ∙22,4= 1302,4 м 3 /ч.

Спирто-воздушная смесь - 1302,4/0,4 = 3256 м 3 /ч.

Воздух - 3256 – 1302,4 = 1953,6 м 3 /ч, в нем:

кислорода – 1953,6 ∙0,21 = 410,26 м 3 /ч или 410,26 ∙32/22,4 = 586 кг/ч;

азота – 1953,6 ∙0,79 = 1543 м 3 /ч или 1543 ∙28/22,4 = 1929 кг/ч.

Определим расход метанола, пошедшего на образование побочных продуктов по реакциям (3) - (6). При общей степени превращения метанола 80% имеем расход метанола по побочным реакциям

58,143 ∙(0,8 - 0,7) = 5,81 кмоль/ч.

Не прореагировало метанола

58,143∙ 0,2 = 11,63 кмоль/ч или 11,63∙32 = 372 кг/ч.

Сумма долей побочных продуктов 1,8+ 1,6 + 0,1 + 0,3 = 3,8.

Тогда расходы побочных продуктов в отходящих газах будут равны:

(НСООН) - 5,8∙1,8/3,8 = 2,75 кмоль/ч или 2,75∙46 = 126,5 кг/ч.

Диоксид углерода (СО₂) - 5,8∙1,6/3,8 = 2,45 кмоль/ч или 2,45∙44 = 108,0 кг/ч.

Оксид углерода (СО) - 5,8∙0,1/3,8 = 0,158 кмоль/ч или 0,158∙28 = 4,3 кг/ч.

Метан (СН₄) - 5,8∙0,3/3,8 = 0,459 кмоль/ч или 0,459∙16 = 7,3 кг/ч.

Для определения расходов водяного пара и водорода составим баланс по кислороду и водороду.

В реактор поступает кислорода:

с воздухом - 586 кг/ч;

в составе метанола – 1860,6∙16/32 = 930 кг/ч.

Всего: 586 + 930 = 1516 кг/ч.

на образование формальдегида -1220∙16/30 = 650 кг/ч;

на образование НСООН - 126,5∙32/46 = 88 кг/ч;

на образование СО₂ - 108∙32/44 = 78,6 кг/ч;

на образование СО - 4,3∙16/28 = 2,45 кг/ч;

в составе не прореагировавшего метанола - 372 16/32 = 186 кг/ч.

Остальное количество кислорода, равное 1516 -1005 = 509 кг/ч, пошло на образование воды по реакциям (1), (4), (5) и (6). В результате расход воды равен - 509∙18/16 = 572 кг/ч.

На основании материального баланса определяется целый ряд важнейших технико-экономических показателей и характеристик технологии. - по данным материального баланса определяют объём поставок сырья и вспомогательных материалов для обеспечение заданной мощности предприятия; рассчитывается тепловой баланс для определение потребности предприятие в тепле, топливе, хладагентов; -величину теплообменных поверхностей; -экономические балансы предприятия, выраженные денежных единицах, себестоимость продукции, рентабельность производства; -на основе материального баланса процесса рассчитываются основные показатели ( критерии эффективности): степень превращения сырья, селективность, выход продукта; -рассчитываются рабочие размеры аппаратов и оборудования, число реакторов, размеры вспомогательного оборудования, производственные потери.

Данные для расчета:

Производительность ПБМК - 40 т/ год.

Время работы оборудования 334 дней/ год.

Степень полимеризации БМК - 92%

Общие потери 9,5 %

На стадии полимеризации - 0,5%

Атмосферной отгонки - 6%

Вакуумной отгонки - 2%

Концентрация толуола - 97,5%

Концентрация бутилметакрилата - 93%

Концентрация пероксида бензоила - 78%

На 1к сырья расходуется 1,5 кг толуола.

Расход пероксида бензоила 0,1% от массы БМК.

При атмосферно - вакуумной отгонки отгоняется 80% толуола, содержащего в БМК.

Расчет время работы оборудования в год.

334 * 24=8016 часов.
1. Расчет часовой производительность цеха по ПБМК.

П= 40*1000/8016=4,99 кг/час.

Где, 40 - это производительность (ПБМК). Где, 1000 - это 1000 кг в одной тонне. Где, 8016 - это время работы оборудования в год.

2. Расчет готовой производительность ПБМК с учетом потерь.

Потери ПБМК - 5,46-4,99=0,47 кг/час 3. Потери ПБМК по стадием:

На стадии полимеризации: 0,47*0,5/9,5=0,024кг/час.

На стадии фильтрации: 0,47*1/9,5=0,049 кг/час.

На стадии атмосферной отгонки: 0,47*6/9,5=0,297кг/час.

На стадии вакуумной отгонки: 0,47*2/9,5=0,098 кг/час.

Потерь: 0,024+ 0,049+0,297+0,098=0,468 кг/час.

4. Расчет введенное БМК с учетом степени полимеризации 92%

m(БМК) не прореагировавшего= 5,423- 4,99=0,433 кг/час.

Расчет количество в БМК с учетом его концентрации 93%

5,423*100/93=5,831 кг/час. m(примесей в БМК)=5,831 - 5,5,423=0,408 кг/час.
5. Расчет расхода толуола с учетом тон, что толуола на 1 кг БМК в 1,5 года больше

m (толуола)=5,423*1.5=8,134 кг/час.

Расчет расхода толуола с учетом концентрации 97,5%

m (Толуол с учетом концентрации)=8,134*100/97,5=8,343кг/час

Количество примесей в толуоле:

m (примесей)=8,343-8,134=0,209 кг/час 6. Расчет расхода пероксида бензоила 0,1% его массы БМК.

Аппаратурный состав ХТС рассчитывают на основе уравнений материального баланса, являющихся конкретным выражением закона сохранения массы. Обычно материальный баланс составляют в расчете на единицу массы 100% -го готового продукта. Различают теоретический и практический материальные балансы. Теоретический материальный баланс рассчитывают на основе стехиометрических уравнений реакции и известных молекулярных масс реагирующих компонентов. Практический материальный баланс составляют с учетом состава сырья и целевого продукта; при этом учитывают необходимые избытки некоторых компонентов, а также допустимые потери сырья, промежуточных и конечных продуктов, которые неизбежны при периодическом способе организации технологических процессов. Средние значения потерь составляют при фильтровании 1-2%, при сушке 1-10%, при размоле, дроблении и смешении 0.5%, при выпаривании, дистилляции, ректификации 5-15%, при фасовке и упаковке 0.5%.

Существенная особенность технологических систем периодического действия состоит в многостадийности процессов и многооперационности стадий. В процессе смены операций, протекающих в одном и том же аппарате, в общем случае изменяется объем находящейся в нем реакционной массы (могут добавляться реагенты, инертные растворители, может удаляться часть содержимого аппарата). Поэтому расчет оборудования на основе интегрированного материального баланса, составляемого для стадии в целом, часто приводит к завышенным размерам аппаратов. Более правильно составлять материальный баланс для каждой операции и выделять ту из них, которой соответствует максимальный объем реакционной массы. В общем виде уравнение материального баланса принято записывать в виде:

Для получения практических материальных балансов обычно осуществляют экспериментальные исследования процессов синтеза продуктов в лабораторных или опытных цехах научно-исследовательских организаций (АО "Синтез", ИРЕА). Экспериментальный материальный баланс вносится в документ, называемый технологическим регламентом процесса синтеза конкретного продукта.

Определение основных размеров аппаратов стадий ХТС основано на расчете максимальных массовых или объемных загрузок технологических стадий процессов обработки партий продуктов. Поскольку размеры партий заранее не известны, осуществляется пересчет материального баланса из регламента на единицу массы (1т) 100%-го готового продукта. В результате определяется масса или (и) объем реагентов, которые необходимо обработать на каждой стадии системы для того, чтобы получить 1т готового продукта. Эти величины называют материальными индексами стадий и обозначают g j , j=1. J для индивидуальных ХТС и g i j , j=1. J; i=1. I для совмещенных и гибких.

Большинство технологических стадий процессов синтеза продуктов многоассортиментных химических производств реализуется в аппаратах периодического действия и представляют собой упорядоченные последовательности технологических и организационных мероприятий. В процессе смены операций количество находящейся в аппарате массы может меняться, поэтому материальный баланс составляется для каждой операции, а размер аппарата определяется по той из них, которой соответствует максимальная загрузка.

Пример: определение размера аппарата для стадии аммонолиза процесса получения 2-аминоантрахинона (полупродукта для синтеза некоторых красителей). Процесс получения состоит из 4-х технологических стадий: аммонолиза, фильтрования, сушки, регенерации аммиака. Стадия аммонолиза проводится в емкостном реакторе с перемешивающим устройством и включает 5 технологических операций: смешение исходных реагентов, образование медно-аммиачного комплекса (химическая реакция), образование 2-амино-антрахинона (химическая реакция), выделение парогазовой фазы, разбавление оставшейся реакционной массы водой.

Объем реактора в этом примере рассчитан исходя из предположения, что система выпускает 1т 2-аминоантрахинона. Если реальный размер партии окажется другим, то объем максимальной загрузки аппарата следует вначале умножить на коэффициент W/1000, где W - реальный размер партии готового продукта в кг.

Технологическая операция

Компоненты технол. потока

Масса компонента, кг.

Масса потока, кг.

Масса(кг) и объем (л)загрузки при про-ведении операции

Материальные и тепловые расчёты как основа технологических расчётов. Определение выхода основного и побочных продуктов, расходных коэффициентов по сырью, производственных потерь химико-технологических процессов. Расчёты коэффициентов расхода для реакций.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	лабораторная работа
Язык	русский
Дата добавления	11.10.2012
Размер файла	109,7 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

ПРИНЦИПЫ СОСТАВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНЫХ БАЛАНСОВ И МАТЕРИАЛЬНЫЕ РАСЧЕТЫ НЕОБРАТИМЫХ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Основой технологических расчетов являются материальные и тепловые расчеты. К ним следует отнести определение выхода основного и побочных продуктов, расходных коэффициентов по сырью, производственных потерь. Только определив материальные потоки, можно произвести конструктивные расчеты производственного оборудования и коммуникаций, оценить экономическую эффективность и целесообразность процесса. Составление материального баланса необходимо как при проектировании нового, так и при анализе работы действующего производства.

Материальный баланс может быть представлен уравнением, левую часть которого составляет масса всех видов сырья и материалов, поступающих на переработку, а правую -- масса получаемых продуктов плюс производственные потери:

Основой материального баланса являются законы сохранения массы вещества и стехиометрических соотношений.

Материальный баланс составляют по уравнению основной суммарной реакции с учетом побочных реакций согласно закону сохранения массы вещества. Общая масса всех поступающих в аппарат (или в цех) материалов, т. е. приход, равен общей массе выходящих материалов, т. е. расходу. Материальный баланс составляют на единицу массы основного продукта (кг, т) или на единицу времени (ч, сутки). Определение массы вводимых компонентов и полученных продуктов производят отдельно для твердой, жидкой и газообразной фаз согласно уравнению:

В процессе не всегда присутствуют все фазы, в одной фазе может содержаться несколько веществ, что приводит к упрощению или усложнению уравнения.

Теоретический материальный баланс рассчитывают на основе стехиометрического уравнения реакции. Для его составления достаточно знать уравнение реакции и молекулярные массы компонентов.

Практический материальный баланс учитывает состав исходного сырья и готовой продукции, избыток одного из компонентов сырья, степень превращения, потерн сырья и готового продукта и т. д.

Из данных материального баланса можно найти расход сырья и вспомогательных материалов на заданную мощность аппарата, цеха, предприятия, себестоимость продукции, выходы продуктов, объем реакционной зоны, число реакторов, производственные потери (непроизводительный расход сырья, материалов, готового продукта на разлив, утечку, унос).

На основе материального баланса составляют тепловой баланс, позволяющий определить потребность в топливе, размеры теплообменных поверхностей, расход теплоты или хладагентов.

Расчеты обычно выполняют в единицах массы (кг, т); можно вести расчет в молях. Только для газовых реакций, идущих без изменения объема, в некоторых случаях можно ограничиться составлением баланса в кубических метрах.

Расходные коэффициенты -- величины, характеризующие расход различных видов сырья, воды, топлива, электроэнергии, пара на единицу вырабатываемой продукции. На практике обычно, чем меньше расходные коэффициенты, тем экономичнее процесс и соответственно тем меньше себестоимость продукции. Однако снижение расходных коэффициентов ниже определенного минимума связано с необходимостью повышения чистоты исходных материалов, степеней извлечения, выхода продукта, что требует значительных расходов и может повести к увеличению себестоимости продукта.

Особое значение имеют расходные коэффициенты по сырью, поскольку для большинства химических производств 60--70% себестоимости приходится на эту статью.

Для расчета расходных коэффициентов необходимо знать все стадии производства, в результате осуществления которых происходит превращение исходного сырья в готовый продукт. Теоретические расходные коэффициенты учитывают стехиометрические соотношения, по которым происходит это превращение. Практические расходные коэффициенты, кроме этого, учитывают производственные потери на всех стадиях процесса, а также возможные побочные реакции.

Расходные коэффициенты для одного и того же продукта зависят от состава исходных материалов и могут значительно отличаться друг от друга. Поэтому в тех случаях, когда производство и сырье отдалены друг от друга, необходима предварительная оценка по расходным коэффициентам при выборе того или иного типа сырья с целью определения экономической целесообразности его использования.

РАСЧЕТЫ РАСХОДНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ

Пример 1. Определить теоретические расходные коэффициенты железных руд, используемых при выплавке чугуна, содержащего 92% Fe, при условии, что в рудах отсутствуют пустая порода и примеси.

Молекулярная масса железных руд:

шпатовый железняк FeC0₃--115,8;

Решение. Из 1 кмоль FeC0₃ можно получить 1 кмоль Fe, или из 115,8 кг FеСОз -- 55,9 кг Fe. Отсюда для получения 1 т чугуна с содержанием 92% (масс.) Fe необходимо

1Ў¤0,92Ў¤115,8/55,9= 1,9 т FeC0₃

Аналогично находим значения теоретических расходных коэффициентов для других руд:

Пример 2. Рассчитать расход алунитовой руды, содержащей 23% А1₂0₃, для получения 1 т алюминия, если потери алюминия на всех производственных стадиях составляют 12% (масс.).

Алунит можно представить формулой

Решение. Процесс получения металлического алюминия из алунита состоит из двух стадий:

1.Получение оксида алюминия (глинозема). С этой целью алунитовую руду обжигают при 500--580 °С, а затем обрабатывают раствором аммиака. Оставшиеся в осадке А1₂O₃ и А1(ОН)₃ обрабатывают 10--12% раствором NaOH и получают раствор алюмината, из которого при пропускании С0₂ выпадает осадок А1(ОН)₃; последующее прокаливание осадка заканчивает стадию образования глинозема.

2.Электролиз оксида алюминия, растворенного в расплавленном криолите Na₃AlF₆.

Для получения 1 т алюминия теоретически требуется

102Ў¤1/(2Ў¤27) = 1,9 т Аl₂O₃ или 1,9Ў¤828/(3Ў¤102) =5,1 т чистого алунита

Содержание А1₂O₃ в алуните составляет 37% (3Ў¤102Ў¤100/828). По условию в алунитовой руде содержится 23% А1₂O₃. Следовательно, расход алунитовой руды заданного состава на 1 т алюминия при условии ее полного использования составит: 5,1Ў¤37/23 = 8,2 т, а с учетом потерь 8,2/0,88 = 9,35 т.

Пример 3. Рассчитать расход бензола и пропан-пропиленовой фракции газов крекинга [30% (об.) пропилена и 70% (об.) пропана] для производства 1 т фенола, если выход изопропилбензола из бензола составляет 90% от теоретического, а фенола из изопропилбензола -- 93%.

Молекулярная масса: бензола -- 78, пропилена -- 42, пропана -- 44, фенола -- 94.

Решение. Получение фенола и ацетона на основе бензола и пропилена
состоит из трех стадий:

первая стадия--получение изопропилбензола (кумола)

вторая стадия -- окисление изопропилбензола в гидропероксид

третья стадия -- разложение гидропероксида изопропиленбензола (кипячением с H₂S0₄)

Все стадии процесса можно изобразить схемой:

а) Получение 1 кмоль фенола обеспечивается 1 кмоль бензола; таким образом, теоретический расход бензола на 1 т продукта (фенола)

с учетом степеней превращения на стадиях процесса:

0,83/(0,90Ў¤0,93) = 0,99 т

б) На образование 1 кмоль фенола требуется 22,4 м 3 пропилена, т. е. для получения 1 т фенола необходимо

22,4Ў¤1000/94 = 238 м 3 пропилена

и с учетом степеней превращения по стадиям:

238/(0,90Ў¤0,93) = 284 м 3 или 284Ў¤42/(22,4Ў¤1000) = 0,533 т

Вместе с пропиленом подано

284Ў¤70/30 = 664 м 3 или 662Ў¤44/(22,4Ў¤1000)=1,3 т пропана

Всего пропан-пропиленовой фракции: 946 м 3 или 1,833 т.

Пример 4. Рассчитать расход ильменитовой руды и серной кислоты для получения 1 т диоксида титана ТО₂, если содержание титана в руде составляет 24,3% (масс), а степень разложения FeTi0₃ 89%. В состав ильменитовой руды входят FeTi0₃ и Fе₂О₃. В производстве применяют 80%-ную H₂S0₄ с 50%-ным избытком от теоретического.

Решение. Получение диоксида титана при обработке FeTiO₃ серной кислотой можно представить уравнениями:

Кроме того, имеющийся в породе оксид железа(III) также реагирует сH₂S0₄:

Чтобы определить содержание FeTi0₃ в ильменитовой породе, находим сначала содержание Ti в чистом ильмените:

48Ў¤100/152 = 31,5% Ti и 24,3Ў¤100/31,5 = 78% FeTi0₃

На долю Fе₂0₃ приходится: 100 -- 78 = 22% (масс). Расход (т) ильменита FeTi0₃ для получения 1 т ТO₂:

по реакциям (1) --(3) 152Ў¤1/80 = 1,9

с учетом степени разложения 1,9/0,89 = 2,13

с учетом состава руды 2,13/0,78 = 2,74

по реакции (1) 1,9Ў¤98/152 = 1,2

но реакции (4) 0,22Ў¤2,74Ў¤3Ў¤98/159,7 = 1,11

суммарный 1,2 +1,11 = 2,31

с учетом ее 50%-ного избытка от теоретического 2,31Ў¤1,5 = 3,47 80%-ной H₂S0₄ 3,47/0,8 = 4,34

Пример 5. Определить расходные коэффициенты в производстве карбида кальция (технического), содержащего [% (масс.)] СаС₂ -- 78; СаО--15, С -- 3; прочие примеси -- 4. Известь содержит 96,5% СаО. Содержание (%) в коксе: золы -- 4, летучих -- 4, влаги -- 3.

Расчет вести на 1 т технического продукта. Молекулярная масса: СаС₂ --64, СаО -- 56.

Решение. Карбид кальция получают по уравнению: СаО + ЗС = СаС₂ + СО. В 1 т продукта содержится 0,78 т СаС₂. Расход (т) извести СаО:

по стехиометрическому соотношению 0,78Ў¤56/64 = 0,675

непрореагировавшей 1Ў¤0,15 = 0,15

суммарный 0,675 + 0,15 = 0,825

технической 0,825/0,965 = 0,85

Расход (т) углерода:

на образование СаС₂ 0,78Ў¤3Ў¤12/64 = 0,44

непрореагировавшего 1Ў¤0,03 = 0,03

суммарный 0,44 + 0,03 = 0,47

Содержание углерода в коксе составляет 100-- (4 + 4 + 3) = 89%, откуда расход кокса: 0,47/0,89 = 0,53 т.

Пример 6. Определить расход бурого угля [содержащего 70% (масс.) углерода], водяного пара и воздуха для получения 1000 м3 генераторного газа состава [% (об.)]: СО -- 40, Н₂--18, N₂ --42.

Для упрощения расчета принимаем состав воздуха [% (об.)]: N₂-- 79, O₂ -- 21. Молекулярная масса воздуха -- 29.

Решение. Процесс газификации заключается в превращении твердого топлива в газообразное при воздействии на него при высоких температурах кислорода воздуха, водяного пара или их смеси, согласно уравнениям:

Как явствует из состава, генераторный газ получается при воздействии на уголь паровоздушной смеси.

По условию в 1000 м 3 газа содержится 420 м 3 азота. Следовательно, расход кислорода воздуха по реакции (2) составит:

420Ў¤21/79= 112 м 3 или 112Ў¤32/22,4 = 160 кг

Соответственно расход воздуха:

112 + 420 = 532 м 3 или 532Ў¤29/22,4 = 700 кг

Выход водорода по реакции (1) составляет 1 моль из 1 моль водяного пара. 180 м 3 водорода, содержащихся в 1000 м 3 генераторного газа, потребуют затраты такого же количества водяного пара, т. е. 180 м 3 или 180Ў¤18/22,4 = 145 кг.

Расход (кг) углерода:

по реакции (1) 12Ў¤180/22,4 = 96,5

по реакций (2) 2Ў¤12Ў¤112/22,4 = 120

суммарный 96,5 + 120 = 216,5

Расход бурого угля, содержащего 70% С: 216,5/0,7 = 310 кг.

Пример 7. Рассчитать расходный коэффициент природного газа, содержащего 97% (об.) метана, в производстве уксусной кислоты (на 1 т) из ацетальдегида. Выход ацетилена из метана составляет 15% от теоретически возможного, ацетальдегида из ацетилена -- 60%, а уксусной кислоты из ацетальдегида -- 90% (масс).

Решение. Уксусную кислоту получают из метана многостадийным методом согласно уравнениям:

Теоретический расход метана на 1 т уксусной кислоты

1Ў¤2Ў¤16/60 = 0,534 т

с учетом выхода продукта по стадиям:

0,534/(0,9Ў¤0,6Ў¤0,15) = 6,59 т или 6,59Ў¤22,4Ў¤10 3 /16 = 9226 м 3

Расход природного газа: 9226/0,97 = 9500 м 3 .

СОСТАВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛЬНЫХ БАЛАНСОВ НЕОБРАТИМЫХ
ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Пример 8. Составить материальный баланс печи для сжигания серы производительностью 60 т/сутки. Степень окисления серы 0,95 (остальная сера возгоняется и сгорает вне печи). Коэффициент избытка воздуха б =1,5. Расчет вести на производительность печи по сжигаемой сере в кг/ч.

Читайте также: