5.2. Расчёт материальных балансов

Пример 1.Составьте материальный баланс процесса нейтрализации азотной кислоты аммиаком на 1т нитра­та аммония, (аммиачной селитры). Концентрация азот­ной кислоты 55%, газообразного аммиака—100%, нитрата аммония—85%. Потери-аммиака и азотной кислоты—1%.

Решение. Нитрат аммония получают по реакции нейтрализации:

NH₃.+ HNO_s=NH4NO3 + Q_P.

Молекулярные массы M_r(NH3)=17 , M_r(HNO3)=63, M_r(NH4NO3)=80

Рассчитываем приход.В. соответствии с уравнением 1а на 1 кмоль NH₃ образуется 1 кмоль NH₄N0₃. Масса аммиака, необходимая для производства 1 т NH₄NO₃ (100%):

A_T

С учетом потерь производства:

A_пр=212,5·1,01=214,6 (кг)

Определяем массу азотной кислоты (100%-ной), необходимой для производства 1т NH₄NO₃ (A_T) :

А_Т

Определяем А_пр-массу азотной кислоты с учетом потерь производства и концентрации HNO₃:

А_пр=

С азотной кислотой поступает вода:

1446,2-795,4=640,8(кг)

Общая масса реагентов, поступивших на нейтрализацию:

214,6+1446,2=1660,8(кг)

Определяем расход 85%-ного раствора нитрата аммония, получается:

1000:0,85=1176,47(кг).

Потери HN₃ составляют:

795,-787,5=7,9(кг)

Масса испарившейся воды (соковый пар) составляет:

1660,8-(1176,47+2,1+7,9)=474,33(кг)

Результаты расчётов сведены в таблицу.

Таблица 2

Материальный баланс процесса нейтрализации азотной кислоты аммиаком

Приход		Расход
Исходное вещество	m,кг	Продукт	m,кг
HNO3 H2O NH3	795,4 650,8 214,6	NH4NO3 ( в пересчёте на 100%) H2O (соковый пар) Потери NH3 Потери HNO3	1000 176,47 474,63 2,1 7,9
Итого	1660,8		1660,8

Пример 2. Составьте упрощенный материальный баланс производства этилового спирта прямой гидратацией этилена. Состав исходной парогазовой смеси (в % по объёму) : этилен – 60, водяной пар – 40. Степень гидратации этилена – 5%.Расчет вести на 1 т этилового спирта. Побочные реакции и давление не учитывать.

Решение. Получение этилового спирта прямой гидратацией этилена осуществляется при температуре 560К и давлении 80·10⁵Па по реакции, протекающей по уравнению

CH₂=CH₂+H₂O↔C₂H₅OH+Q_р

Молекулярные массы: M_r(C2H4)=28, M_r(H2O)=18, M_r(C2H5OH)=46

Приход. Определяем теоретический расход этилена:

А_Т

Тогда практический расчёт этилена с учетом степени превращений составит:

608,7:0,05=12174(кг) или (м³).

Находим объём водяного пара в парогазовой смеси:

(м³) или (кг)

Расход. Определяем, сколько водяного пара израсходовано на гидратацию:

9739,3·0,05=486,97(м³)

Находим избыток водяного пара (проскок) :

6492,8-486,97=6005,8 (м³) или (кг)

Рассчитываем массу непрореагировавшего этилена :

12174-608,7=11565,3 (кг) или (м³).

Полученный данные сводим в таблицу.

Таблица 3

Материальный баланс производства этилового спирта прямой гидратацией этилена

Приход			Расход
Исходное вещество	m,кг	V,м3	Продукт	m,кг	V,м3
Этилен Водяной пар	12174 5217,5	9739,3 6492,8	Этиловый спирт Непрореагировавший этилен Избыток водяного пара	1000 11565,3 4826,92	486,95 9252,3 6005,8
Всего	17391,5	16231,6	Всего	17391,5	15745,05