2.4. Розрахунок матеріального балансу хіміко-технологічного процесу, що відбувається при змішуванні двох потоків

Приклад 22. Розрахувати матеріальний баланс процесу окиснення амоніаку при Х(NH₃) = 0,99 і продуктивності з оксиду нітрогену (II) 67200 м³/годину (н.у.). Потік на вході в реактор утворюється змішуванням двох потоків у співвідношенні 1 : 2.

Склад I потоку: n(NH₃) = 0,10; n(О₂) = 0,30; n(Н₂О) = 0,05; n(N₂) = 0,55.

Склад II потоку: n(NH₃) = 0,10; n(О₂) = 0,40; n(Н₂О) = 0,05; n(N₂) = 0,45.

4 NH₃ + 5 О₂ = 4 NO + 6 Н₂О.

Розв’язок. Перерахуємо годинну продуктивність процесу в молярні одиниці (рівняння 8):

 (NO)_{хім. р.} = 67200 м³ / 22,4 м³/кмоль = 3000 кмоль.

Враховуючи, що продуктивність з цільового продукту між вхідними потоками розподіляється пропорційно (у співвідношенні 1 : 2), продуктивність за NO для I потоку – 1000 кмоль/годину, для II потоку – 2000 кмоль/годину. Таким чином, за відомим складом вхідних потоків і заданою продуктивністю технологічного процесу розраховуємо матеріальні баланси окремо для кожного потоку (табл. 12, 13).

Таблиця 12

Матеріальний баланс процесу окиснення амоніаку для I потоку

(за 1 годину)

Речо-вина	Мi, кг/кмоль	Прибуток			Хім. р. i, кмоль	Витрати
		ni	i, кмоль	mi, кг		i, кмоль	mi, кг
NH3	17	0,10	1010,10	17171,1	-1000	10,10	171,7
О2	32	0,30	3030,30	96969,6	-1250	1780,30	56969,6
Н2О	18	0,05	505,05	9090,9	+1500	2005,05	36090,9
N2	28	0,55	5555,55	155555,4	0	5555,55	155555,4
NO	30	-	-	-	+1000	1000,00	30000,0
∑		1,0	10101,0	278787,6		10351,0	278787,6

Таблиця 13

Матеріальний баланс процесу окислення амоніаку для II потоку (за 1 годину)

Речо-вина	Мi, кг/кмоль	Прибуток			Хім. р. i, кмоль	Витрати
		ni	i, кмоль	mi, кг		i, кмоль	mi, кг
NH3	17	0,10	2020,2	34343,4	-2000	20,2	343,4
О2	32	0,40	8080,8	258585,6	-2500	5580,8	178585,6
Н2О	18	0,05	1010,1	18181,8	+3000	4010,1	72181,8
N2	28	0,55	9090,9	254545,2	0	9090,9	254545,2
NO	30	-	-	-	+2000	2000	60000,0
∑		1,0	20202,0	565656,0		20702,0	565656,0

Підсумовуємо відповідні значення кількості речовини і маси для кожної сполуки з табл. 12, 13 і вносимо ці дані до сумарного матеріального балансу процесу окиснення (див. табл. 14).

Таблиця 14.

Сумарний матеріальний баланс процесу окиснення амоніаку (за 1 годину)

Речовина	Мi, кг/кмоль	Прибуток		Витрати
		i, кмоль	mi, т	i, кмоль	mi, т
NH3	17	3030,3	51,515	30,3	0,515
О2	32	11111,1	355,555	7361,1	235,555
Н2О	18	1515,1	27,272	6015,2	108,273
N2	28	14646,4	410,100	14646,4	410,100
NO	30	-	-	3000,0	900,000
∑		30303,0	844,443	31053,0	844,443

Перевіряємо правильність розрахунків: 844,443 т = 844,443 т.