Тепловой баланс процесса донейтрализации

Расход

Приход

Тепловой баланс процесса нейтрализации

Расход

Приход

1. Тепло, приходящее с бруситом:

Q_вх^маг= (с_MgO·n_MgO+ c_CaO·n_CaO+ c_H2O·n_H2O)·t_вх,

t_вх = 80ºС

Теплоемкости компонентов рассчитываем для данной температуры брусита, используя температурные ряды [9]

с_MgO= 42,59 + 0,00728·(80+273) – (6,19·10⁵/(80+273)²) = 43,19 Дж/моль·К

c_CaO= 49,62 + 0,00452·(80+273) – (6,95·10⁵/(80+273)²) = 55,64 Дж/моль·К

c_H2O= 39,02 + 0,07664·(80+273) + (11,96·10⁵/(80+273)²) = 75,66 Дж/моль·К

Q_вх^маг= (43,19·233 + 55,64·9,62 + 75,66·13,04)·353 = 1,08·10⁷ Дж

2. Тепло, приходящее с азотной кислотой:

Q_АК= (с_HNO3(100%)·n_HNO3(100%)+ c_H2O(100%)·n_H2O(100%)+ c_HNO3(57%)·n_HNO3(57%)+ c_H2O(57%)·n_H2O(57%))· t_вх

c_HNO3= 109,87 Дж/моль·К

Q_АК= (109,87·485 + 75,66·1732,6 + 109,87·849,7 + 75,66·1276,6) ·353 = 1,32·10⁸ Дж

3. Тепло, приходящее с конденсатом сокового пара:

Q_КСП= (с_H2O·n_H2O + c_NH4NO3·n_NH4NO3 + c_HNO3·n_HNO3)· t_вх

Q_КСП= (75,66·362,6 + 139,3·0,32 + 109,87·0,41)·353 = 9,71·10⁶ Дж

4. Теплота химической реакции:

MgO + 2HNO₃ = Mg(NO₃)₂ + H₂O

Q_хр = ΔН_хр·n,

ΔH_хр = Δ_fH^º₍₂₉₈₎^Mg(NO3)2 + Δ_fH^º₍₂₉₈₎^H2O – Δ_fH^º₍₂₉₈₎^MgO – 2Δ_fH^º₍₂₉₈₎^HNO3,

где Δ_fH^º₍₂₉₈₎^I – энтальпия образования i-го компонента,

n – количество молей образовавшегося вещества

Таблица 4.4.2.3

Стандартные энтальпии образования для соответствующих компонентов

Компонент	ΔfH^º(298), кДж/моль	n, моль/ч
Mg(NO3)2	-792,8	232,9
H2O	-285,84	232,9
MgO	-601,24	232,9
HNO3	-173,0	232,9

ΔH_хр = -792,8 + (-285,84) – (-601,24) – 2·(-173,0) = -131,5 кДж/моль

Q_хр = 131,5·232,9 = 3,06·10⁷ Дж

1. Тепло, уходящее с магнезитовой добавкой:

Q_вых^маг = (с_Mg(NO3)2·n_Mg(NO3)2 + c_Ca(NO3)2·n_Ca(NO3)2 + c_H2O·n_H2O)·t_вых,

t_вых = 110ºС

Теплоемкости компонентов рассчитываем для данной температуры магнезитовой добавки, используя температурные ряды [9]

с_Mg(NO3)2 = 141,9 Дж/моль·К

c_Ca(NO3)2 = 122,9 + 0,154·(110+273) – (17,2·10⁵/(110+273)²) = 193,58 Дж/моль·К

c_H2O = 39,02 + 0,07664·(110+273) + (11,96·10⁵/(110+273)²) = 76,52 Дж/моль·К

Q_вых^маг = (141,9·232,9 + 193,58·0,96 + 75,91·6222,2)·383 = 1,95·10⁸ Дж

2. Теплопотери:

Общее уравнение теплового баланса:

Q_вх^маг + Q_АК + Q_КСП+ Q_хр= Q_вых^маг+ Q_т.пот.

Т.к. теплопотери составляют 3% от общего количества тепла, приходящего в систему, тогда:

Q_т.пот. = 0,03·(Q_вх^маг + Q_АК + Q_КСП+ Q_хр ) = 0,03·(1,08·10⁷ + 1,32·10⁸ + 9,7·10⁶ + 3,06·10⁷) = 5,49·10⁶ Дж

Сводим тепловой баланс в таблицу:

Таблица 4.4.2.4

Приход	Расход
Статья прихода	Q, Дж	Статья расхода	Q, Дж
Тепло с бруситом	1,08·10^7	Тепло с магнезитовой добавкой	1,95·10^8
Тепло с азотной кислотой	1,32·10^8	Теплопотери	5,49·10^6
Тепло с конденсатом сокового пара	9,7·10^6
Тепло химической реакции	3,06·10^7
Всего	1,99·10^8	Всего	2,00·10^8

1. Тепло, приходящее с газообразным аммиаком:

Q_Ам = (с_NH3·n_NH3 + c_H2O·n_H2O)·t_вх,

t_вх = 150ºС

Теплоемкости компонентов рассчитываем для данной температуры процесса нейтрализации, используя температурные ряды [9]

с_NH3 = 29,8 + 0,02548·(150+273) - (1,65·10⁵/(150+273)²) = 39,64 Дж/моль·К

c_H2O = 39,02 + 0,07664·(150+273) + (11,96·10⁵/(150+273)²) = 78,11 Дж/моль·К

Q_Ам = (40,1·716,4 + 78,81·2,71) ·428 = 1,21·10⁷ Дж

2. Тепло, приходящее с азотной кислотой:

Q_АК = (с_HNO3·n_HNO3 + c_H2O·n_H2O)·t_вх

c_HNO3= 109,87 Дж/моль·К

Q_АК = (109,87·716,3 + 78,81·1912,8)·423 = 6,7·10⁷ Дж

3. Тепло, приходящее с раствором аммиачной селитры (25%):

Q_АС = (с_NH4NO3·n_NH4NO3 + c_H2O·n_H2O + c_NO3·n_NO3)· t_вх

с_NH4NO3 = 139,3 Дж/моль·К

c_NO3 = 37,18 Дж/моль·К

Q_АС = (139,3·19,8 + 37,18·1,91 + 76,52·264,5)·423 = 1,00·10⁷ Дж

4. Тепло, приходящее с конденсатом сокового пара:

Q_КСП = (с_H2O·n_H2O + c_NH4NO3·n_NH4NO3 + c_HNO3·n_HNO3)·t_вх

Q_КСП = (78,81·363,2 + 139,3·0,3 + 109,87·0,4)·423 = 1,05·10⁷ Дж

5. Теплота химической реакции:

NH₃ + HNO₃ = NH₄NO₃

Q_хр = ΔН_хр·n,

ΔH_хр = Δ_fH^º₍₂₉₈₎^NH4NO3 – Δ_fH^º₍₂₉₈₎^NH3 – Δ_fH^º₍₂₉₈₎^HNO3,

где Δ_fH^º₍₂₉₈₎^I – энтальпия образования i-го компонента,

n – количество молей образовавшегося вещества

Таблица 4.4.2.5

Стандартные энтальпии образования для соответствующих компонентов

Компонент	ΔfH^º(298), кДж/моль	n, моль/ч
NH4NO3	-365,1	710,0
NH3	-46,19	710,0
HNO3	-173,0	710,0

ΔH_хр = -365,1 – (-46,19) – (-173) = -145,91 кДж/моль

Q_хр = 145,91·710,0 = 1,0·10⁸ Дж

1. Тепло, уходящее с раствором аммиачной селитры:

Q_АС = (с_NH4NO3·n_NH4NO3 + c_H2O·n_H2O)· t_вых,

t_вых = 170ºС

Теплоемкости компонентов рассчитываем для данной температуры аммиачной селитры, используя температурные ряды [9]

с_NH4NO3 = 139,3 Дж/моль·К

c_H2O = 39,02 + 0,07664·(170+273) + (11,96·10⁵/(170+273)²) = 78,99 Дж/моль·К

Q_АС = (139,3·710 + 78,99·350,6)·443 = 6,0·10⁷ Дж

2. Тепло, уходящее с соковым паром:

Q_СП = (с_NH4NO3·n_NH4NO3 + c_H2O·n_H2O + с_HNO3·n_HNO3)· t_вых

Q_СП = (139,3·1,7 + 78,99·1917,1 + 109,87·2,1)·443 = 7,1·10⁷ Дж

3. Тепло, уходящее со слабым раствором аммиачной селитры:

Q_САР = (с_NH4NO3·n_NH4NO3 + c_H2O·n_H2O + с_HNO3·n_HNO3)· t_вых

Q_САР = (139,3·9,0 + 78,99·477,0 + 109,87·0,4)·443 = 3,02·10⁷ Дж

4. Теплопотери:

Q_ТП = (с_HNO3·n_HNO3 + с_NH3·n_NH3)· t_вых

с_NH3 = 29,8 + 0,02548·(170+273) - (1,65·10⁵/(170+273)²) = 40,24 Дж/моль·К

Q_ТП = (109,87·6,3 + 40,24·6,7)·443 = 4,26·10⁵ Дж

Сводим тепловой баланс в таблицу:

Таблица 4.4.2.6

Приход	Расход
Статья прихода	Q, Дж	Статья расхода	Q, Дж
Тепло с газообразным аммиаком	1,21·10^7	Тепло с раствором аммиачной селитры	6,0·10^7
Тепло с азотной кислотой	6,7·10^7	Тепло с соковым паром	7,1·10^7
Тепло с раствором аммиачной селитры (25%)	1,00·10^7	Тепло со слабым раствором аммиачной селитры	3,02·10^7
Тепло с конденсатом сокового пара	1,05·10^7	Теплопотери	4,26·10^5
Тепло химической реакции	1,0·10^8
Всего	1,80·10^8	Всего	1,79·10^8

Дата добавления: 2015-06-28