Часовой материальный баланс окисления аммиака

Приход			Расход
Статья	кг/ч	м3/ч	Статья	кг/ч	м3/ч
1. Аммиак 2. Воздух В т. ч. О2 N2	3 263 42 627 9 933 32 694	4 300 33 100 6 960 26 150	1. NО 2. N2 3. О2 4. Н2О	5 589 32 775 2 341 5 187	4 173 26 220 1 639 6 455
Итого	45 892		Итого	45 892

Пример 2. Составить материальный баланс производства метилового спирта, при котором протекают реакции:

СО + 2Н₂ = СН₃ОН; (38)

2СН₃ОН = СН₃ОСН₃ + Н₂О. (39)

Рассчитать расход синтез-газа (смесь СО и Н₂ при мольном соотношении 1 : 2) на 1 000 кг метанола. Исходные данные: степень превращения СО составляет 93%; 4% образующегося метанола окисляется по реакции (39); состав газа, об. %: СО – 32; Н₂ – 66; N₂ – 1; СН₄ – 1. Молярная масса, г/моль или кг/кмоль: СО – 28; СН₃ОН – 32, N₂ – 28, O₂ – 32, Н₂О – 28, Н₂ – 2.

Решение. Химическое количество образующегося метилового спирта составляет

= / = 1000 / 32 = 31,25 кмоль.

Так как 4% СН₃ОН превращается в СН₃ОСН₃ по реакции (39), то масса СН₃ОН равна

= 1000 / (1 – 0,04) = 1 041,667 кг.

Следовательно, масса и количество спирта, израсходованного при протекании реакции (39), составляет:

m₍₃₉₎ = 1 041,667 – 1000 = 41,7 кг;

n₍₃₉₎ = 41, 7 / 32 = 1,302 кмоль.

Количество образующейся по реакции (39) воды

= n₍₃₉₎ / 2 = 0,651 кмоль;

= 0,651  46 = 29,9 кг;

= 0,651  18 = 11,7 кг.

Согласно реакции (38), n_СО = .

С учетом того, что  = 0,93, найдем

n_СО = (31,25 + 0,651  2) / 0,93 = 35,002 кмоль.

Значит, для получения 1000 кг СН₃ОН необходимо подать:

V_газа = 35,002  22,4 / 0,32 = 2 450,2 м³;

n_газа = 2 450,151 / 22,4 = 109,4 кмоль;

= n_газа  0,66 = 109,382  0,66 = 72,192 кмоль;

= 109,382  0,01 = 1,094 кмоль;

= = 1,094 кмоль.

Рассчитаем массы газов.

= 35,002  28 = 980,1 кг;

= 72,192  2 = 144,4 кг;

= 1,094  28 = 30,6 кг;

= 1,094  16 = 17,5 кг.

Определим содержание СО и Н₂ в газах на выходе.

n_СО = 35,002  31,25  2  0,651 = 2,45 кмоль;

= 72,192  2  (31,25 + 1,302) = 7,088 кмоль.

Рассчитаем массу СО и Н₂.

m_CO = 2,45  28 = 68,6 кг;

= 7,088  2 = 14,2 кг.

Результаты расчета материального баланса сводятся в табл. 5.

Таблица 5

Материальный баланс производства сн3он

Приход			Расход
Статья	кмоль	кг	Статья	кмоль	кг
Газ	109,4	1 172,4	СН3ОН	31,3	1000
В т. ч.			СО	2,5	68,6
СО	35,0	980,1	Н2	7,1	14,2
Н2	72,2	144,2	N2	1,1	30,6
N2	1,1	30,6	СН4	1,1	17,5
СН4	1,1	17,5	СН3ОСН3	0,7	29,9
			Н2О	0,7	11,7
Итого		1 172,4	Итого		1 172,5

Пример 3. По приведенному в табл. 6 материальному балансу процесса получения сульфида натрия, в основе которого лежит следующая реакция:

Na₂SО₄ + 4Н₂ = Na₂S + 4Н₂О,

рассчитать: 1) теоретические и практические расходные коэффициенты; 2) степень превращения сульфата натрия и водорода; 3) состав готового безводного продукта; 4) интенсивность процесса в т/(ч  м³), если объем реактора равен 10 м³. Молярная масса (г/моль или кг/кмоль): Na₂S – 78; Na₂SО₄ – 142, Н₂ – 2.

Таблица 6