2. Пример расчёта материального баланса

2.1. Исходные данные

При гидролизе пентилхлорида состав образуются следующие продукты (% масс.):

Амиловый спирт …... 46,695		Вода …………………. 1,313
Пентен ………………. 3,250		Пентилхлорид ……… 3,532
Дипентиловый эфир . 4,192		Гироксид натрия …… 4,157
Хлорид натрия …….. 36,862

Суммарные реакции образования продуктов реакции:

C5H11Cl + NaOH		C5H11OH + NaCl ………… (1)
C5H11Cl + NaOH		C5H10 + NaCl + H2O …. (2)
2C5H11Cl + 2NaOH		(C5H11)2O + 2NaCl + H2O …. (3)

Необходимо рассчитать:

- материальный баланс производства на 1000 кг амилового спирта;

- конверсию пентилхлорида и гидроксид натрия;

- селективность для ключевых продуктов по пентилхлориду;

- годовой материальный баланс производства мощностью N = 12 тыс. т/год по амиловому спирту.

Принять: эффективное время работы производства Т_эф = 7500ч, запас мощности k_N - 10% , технологические потери 1,5%.

2.2. Цель расчёта

Определение количества сырья, необходимого для обеспечения проектной мощности установки по амиловому спирту, определение количества побочно образующихся продуктов.

2.3. Диаграмма материальных потоков

На основе диаграммы материальных потоков уточняем цель расчёта материального баланса: дополнительно к целевому и побочным продуктам необходимо определить количество непревращенных пентилхлорида и гидроксида натрия.

2.4. Материальный баланс на 1 т целевого продукта

Расчет материального баланса производства амилового спирта ведём на основе закона сохранения массы вещества.

1). Используя пропорции, определяем потребность в сырье и количество образующихся продуктов по реакции (1):

C₅H₁₁Cl + NaOH C₅H₁₁OH + NaCl (1)

Мм = 106,5 40,0 88,0 58,5

Количество пентилхлорида:

106,5 - 88,0

G - 1000,0 => G = 1210,227 кг

Количество гидроксида натрия:

40,0 - 88,0

G - 1000,0 => G = 454,545 кг

Количество хлорида натрия:

88,0 - 58,5

1000,0 - G => G = 664,773 кг

2). Определяем потребность в сырье и количество образующихся продуктов по реакции (2):

C₅H₁₁Cl + NaOH C₅H₁₀ + NaCl + H₂O (2)

Мм = 106,5 40,0 70,0 58,5 18,0

Исходя из состава продуктов реакции, определяем количество пентена, образующегося на 1000 кг амилового спирта:

1000 кг C₅H₁₁OH - 46,695 % масс.

G - 3,250 % масс. => G = 69,602 кг

Количество пентилхлорида:

106,5 - 70,0

G - 69,602 => G = 105,895 кг

Количество гидроксида натрия:

40,0 - 70,0

G - 69,602 => G = 39,773 кг

Количество хлорида натрия:

70,0 - 58,5

69,602 - G => G = 58,168 кг

Количество воды:

70,0 - 18,0

69,602 - G => G = 17,898 кг

3). Определяем потребность в сырье и количество образующихся продуктов по реакции (3):

2C₅H₁₁Cl + 2NaOH (C₅H₁₁)₂O + 2NaCl + H₂O (3)

Мм = 213,0 80,0 158,0 117,0 18,0

Исходя из состава продуктов реакции, определяем количество дипентилового эфира, образующегося на 1000 кг амилового спирта:

1000 кг C₅H₁₁OH - 46,695 % масс.

G - 4,192 % масс. G = 89,773 кг

Количество пентилхлорида:

213,0 - 158,0

G - 89,773 => G = 121,023 кг

Количество гидроксида натрия:

80,0 - 158,0

G - 89,773 => G = 45,455 кг

Количество хлорида натрия:

158,0 - 117,0

89,773 - G => G = 66,477 кг

Количество воды:

158,0 - 18,0

89,773 - G => G = 10,227 кг

4). Определяем необходимое количество пентилхлорида и гидроксида натрия с учетом реакций (1) - (3) и непревращенных продуктов.

Количество непревращенного пентилхлорида в продуктах реакции:

1000 кг С₅Н₁₁ОН - 46,695 % масс.

G - 3,532 % масс. => G = 75,639 кг

Сумма: G = 1210,227 + 105,895 +121,023 + 75,639 = 1512,784 кг

Количество непревращенного гидроксида натрия в продуктах реакции:

1000 кг С₅Н₁₁ОН - 46,695 % масс.

G - 4,157 % масс. => G = 89,015 кг

Сумма: G = 454,545 + 39,773 + 45,455 + 89,015 = 628,788 кг

5). Определяем суммарное количество образовавшихся хлорида натрия и воды:

Сумма: G = 664,773 + 58,168 + 66,477 = 789,418 кг

Сумма: G = 17,898 + 10,227 = 28,125 кг

6). Составляем материальный баланс производства амилового спирта на 1000 кг (табл. 2.1).