Химическая технология неорганических веществ

где а – величина адсорбции инертного газа, см3/г,

аm – величина адсорбции, соответствующая мономолекулярному слою адсорбата, см3/г,

р/рs – объемная доля инертного газа при адсорбции, С – постоянная уравнения БЭТ.

Зависимость правой части уравнения от р/рs представляет собой прямую линию, тангенс угла наклона которой к оси абсцисс равен

комплексу C −1 .

C am

Из получаемой линейной зависимости находят аm и далее Sуд:

где NA – число Авагадро,

sэ – площадь поверхности, занимаемая одной молекулой адсорбированного газа, нм2.

Пример

Определить удельную поверхность образца по следующим экспериментальным данным:

Найдем линейную зависимость правой части уравнения БЭТ от величины р/рs, используя MathCad:

291

Таким образом, удельная поверхность исследуемого образца

Sуд = 18,441 6,023 1023 0,162 1018 = 80,3 м2/г.

22 400

7.7. Расчет материального баланса производства фосфора

Рассчитать материальный баланс получения фосфора на 1000 кг фосфорита.

Исходные данные. Состав фосфорита, мас. %: Р2О5(ф) = 30,

СаО(ф) = 50, SiO2(ф) = 15, Fe2O3(ф) = 5. Состав кварцита: SiO2(к) = = 100 %. Состав кокса – 100 % С. Содержание в шлаке Р2О5(ш) = 2 %. Состав феррофосфора, мас. %: Feм = 80, Рм = 20. Модуль кислотности

Общий расход кокса

У= У1 + У2 = 118,9 + 11,25 = 130,15 кг.

4.Определение выхода феррофосфора:

293

5. Определение потерь фосфора: Потери со шлаком

Потери с феррофосфором

Суммарные потери

∆= ∆1 + ∆2 = 0,062 + 0,067 = 0,129.

6.Определение выхода фосфора:

Фо =1000 Р2О5 (ф) 2МР (1− ∆) = 100 МР2О5

−1000 10030 214231 (1− 0,129) =114,09 кг. 7. Определение выхода газа (СО):

Г = У МСО =130,15 28 = 303,68 кг. МС 12

Сводим результаты расчета материального баланса в табл. 32.

Таблица 32 Материальный баланс производства фосфора на 1000 кг фосфорита

294

7.8. Расчет процесса ректификации при глубокой очистке вещества

Определить число теоретических тарелок ректификационной колонны для глубокой очистки трихлорсилана от четыреххлористого углерода.

Исходные данные. Экспериментальные данные о равновесии жидкость – пар в системе SiHCl3 – CCl4 при Р = 760 мм рт. ст.:

Основное вещество SiHCl3, примесь – CCl4 . Температуры кипения при давлении 760 мм рт. ст. SiHCl3 328 К, CCl4 349,5 К. Зависимость равновесного давления пара над чистым СCl4 от температуры описывается уравнением

ln P 0 = 15,8742 − 2808 ,19 . T − 45,99

P0 в уравнении выражается в мм рт. ст.

Концентрация примеси в исходной смеси С0 = 10–3 %, в конеч-

ной – С = 10–6 %.

Из теории ректификации разбавленных растворов известно, что число теоретических тарелок может быть найдено по уравнению

lg C0 n = lgCα ,

где α – коэффициент разделения для разбавленного по примеси раствора.

Для нахождения α используем расчетный метод, основанный на применении экстраполяции коэффициента активности примеси в жидкой фазе по уравнению Ван-Лаара

В этом уравнении γ2 – коэффициент активности второго компонента (CCl4) в жидкой фазе, А и В – постоянные уравнения ВанЛаара, х1 и х2 – молярные доли компонентов в жидкой фазе.

Методика расчета α заключается в следующем. По экспериментальным данным по равновесию жидкость – пар находим γ2 по уравнению

γ2 = y2 P0 ,

x2 P

далее рассчитываем величину (lg γ2)–0,5 и из линейной зависимости этой величины от х2/х1 интерполяцией находим сначала (lg γ2)–0,5 при

х2/х1 = 0, а затем γ2 .

Результаты расчетов сведем в табл. 33.

Таблица 33

Расчет коэффициентов активности примеси по экспериментальным данным

Найдем ординату пересечения прямой линии, описывающей зависимость (lgγ2)–0,5 от х2/х1, используя MathCad.

296

Таким образом, искомая величина при х2/х1 = 0

(lgγ2)–0,5=2,9 и γ2 = 1,31.

Находим коэффициент разделения

Р0 найдено из уравнения зависимости равновесного давления пара над чистым СCl4 при температуре кипения основного вещества, равной 328 К.

В завершение находим число теоретических тарелок ректификационной колонны

10−3

n = lg10−6 = 3 =15,5 lg1,56 0,193

Далее, выбрав тип ректификационной колонны, можно найти КПД тарелки для тарельчатой колонны или высоту, эквивалентную теоретической тарелке, для насадочной колонны и таким образом найти количество реальных тарелок или высоту насадки.

297

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Химическая технология неорганических веществ: учеб. пособие: в 2 кн. / Т.Г. Ахметов [и др.]; под ред. Т.Г. Ахметова. – М.:

Высш. шк., 2002. – Кн. 1. – 688 с. Кн 2. – 533 с.

2.Новый справочник химика и технолога. Сырье и продукты промышленности органических и неорганических веществ. Ч. 1. – СПб.: АНО НПО «Мир и Семья», НПО «Профессионал», 2002, 2007. – 988 с.

3.Справочник азотчика: Физико-химические свойства газов

ижидкостей. Производство технологических газов. Синтез аммиа-

ка. – 2-е изд., перераб. – М.: Химия, 1986. – 512 с.

4.Васильев Б.Т. Технология серной кислоты / Б.Т. Васильев, М.И. Отвагина. – М.: Химия, 1985. – 384 с.

5.Зайцев И.Д. Производство соды / И.Д. Зайцев, Г.А. Ткач,

Н.Д. Стоев. – М.: Химия, 1986. – 312 с.

6.Хуснутдинов В.А. Производство извести и диоксида углерода. Добыча солей и очистка рассолов: учеб. пособие / В.А. Хуснутдинов, Р.Х. Хузиахметов. – Казань: Изд-во Казан. гос. технол.

ун-та, 2008. – 104 с.

7.Позин М.Е. Технология минеральных удобрений / М.Е. По-

зин. – Л.: Химия, 1989. – 352 с.

8.Технология катализаторов / под ред. И.П. Мухленова. – Л.:

Химия, 1979. – 328 с.

9.Фенелонов В.Б. Введение в физическую химию супрамолекулярной структуры адсорбентов и катализаторов / В.Б. Фенелонов. – Новосибирск: Наука, 2002. – 414 с.

10.Молчанов В.В. Механохимия катализаторов / В.В. Молчанов, Р.А. Буянов // Успехи химии. – 2000. – Т. 69. – № 5. – С. 476– 493.

11.Пахомов Н.А. Современные тенденции в области развития традиционных и создания новых методов приготовления катализаторов / Н.А. Пахомов, Р.А. Буянов // Кинетика и катализ. – 2005. –

Т. 46. – № 5. – С. 711–727.

298

12.Электротермические процессы химической технологии: учеб. пособие для вузов / под ред. В.А. Ершова. – Л.: Химия, 1984. – 464 с.

13.Девятых Г.Г. Глубокая очистка веществ / Г.Г. Девятых,

Ю.Е. Еллиев. – М.: Высш. шк., 1990. – 192 с.

14.Гельперин Н.И. Основы техники фракционной кристаллизации / Н.И. Гельперин, Г.А. Носов. – М: Химия, 1986. – 304 с.

15.Зельвенский Я.Д. Ректификация разбавленных растворов / Я.Д. Зельвенский, А.А. Титов, В.А. Шалыгин. – Л: Химия, 1974. – 216 с.

16.Позин М.Е. Физико-химические основы неорганической технологии: учеб. пособие для вузов / М.Е. Позин, Р.Ю. Зинюк. –

СПб.: Химия, 1993. – 440 с.

299

Учебное издание

ОСТРОВСКИЙ Сергей Владимирович

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Учебное пособие

Редакторы: Е.Б. Хасанова, Е.В. Копытова Корректоры: Е.Б. Хасанова, Е.В. Копытова

Подписано в печать 30.11.08. Формат 60×90/16.

Усл. печ. л. 18,75.

Тираж 100 экз. Заказ № 255/2008.

Издательство Пермского государственного технического университета.

Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113.

Тел. (342) 219-80-33.

300