2.4. Примеры материального и теплового балансов неорганических вещест

Наименование производств

Реакция

ΔН(р),

кДж

1.Простое вещество

Водород (из природного газа)

(электролиз воды)

СН₄+2Н₂О=4Н₂+СО₂

Н₂О=Н₂+0,5О₂

+90

+286

2.Оксиды

(печной газ и контактный газ в производстве Н₂SO₄)

S+O₂= SO₂

SO₂+0,5O₂= SO₃

-297

-99

3. Основания

3Н₂ + H₂ = 2NH₃

-92

NH₃ + H₂О =NH₄ОН

4.Кислоты

Серная

S + 1,5O₂ +H₂O = H₂SO₄

-529

Азотная

NH₃+ 2О₂ = HNO₃ + Н₂О

-415

Фосфорная

Са₃(РО₄)₂+3Н₂SО₄=

=2Н₃PО₄+3СаSО₄

-239

5.Соли (удобрения)

а) азотные

NH₃+HNO₃=NH₄NO₃

-146

аммиачная селитра

карбамид

NH₃ + СО₂ = (NH₂)₂СO

-90

Б) фосфорные

Простой суперфосфат

Са₃(РО₄)₂ + 2Н₂SО₄ = =Са(H₂РО₄)₂ + 2CaSО₄

-224

Двойной суперфосфат

Са₃(РО₄)₂ + Н₃PО₄ = =Са(H₂РО₄)₂

-193

аммофос

Н₃PО₄+ NН₃ =NН₄H₂РO₄

-150

В)калийные

Калий хлористый

(КСl+NaСl) = КСl+NaСl

Калий сернокислый

КСl +Н₂SО₄ =

=К₂SО₄ + НСl

-

Производительность:

газ природный (сырье) – 1000 кг

Содержание примесей:

в газе природном – 5 % (С_nH_2n+2 и др.);

в воде – 2 % (Nа, Сl и др.)

1

В

С

D

E

F

G

H

I

J

2

Производство аммиака

3

Дано: Производительность по газу природному (сырье), кг

1000

4

Примеси:

в газе природном (С_nH_2n+2 и др.), %

5

5

в воде (Nа, Сl и др.), %

2

6

Проверка уравнения

7

Мв (сумма)

16

18

8

44

0

8

Мв, г

16

18

2

44

-12

9

Реакция

СН₄ +

Н₂О(г)

=

4Н₂ +

СО₂

Таблица 1 - Материальный баланс

B

C

D

E

F

G

H

I

J

11

Приход

Расход

12

Масса, кг

%

Масса, кг

%

13

Сырье

Сырье

Вещество

примеси

Про-

дукты

Продукты

Компо-

ненты

14

1.Газ природный

1000

31,4

1.Технич.

водород

3181

100

15

в т.ч. СН₄

950

29,9

в т.ч. Н₂

475

14,9

16

примеси 1(г)

50

1,6

в т.ч. СО₂

2613

82,1

18

2. Пар

2181

68,6

примеси 1 (г)

50

1,6

19

в т.ч.Н₂О

2138

67,2

примеси 2 (г)

44

1,4

20

примеси 2 (г)

44

1,4

21

Cумма(кг)

3181

3088

94

Cумма(кг)

3181

3181

22

Сумма(%)

100

Сумма(%)

100

27

Мв, г

16

18

2

28

ΔH (р),

кДж

28

Реакция

СН₄

Н₂О

=

4Н₂ +

СО 2

30

Н₂₉₈, Дж/моль*К

-74,86

-241,98

0

-393,777

31

Н₂₉₈ (с учетом молей)

-74,86

-241,98

0

-393,777

+90,2

Производительность:

Вода дистиллированная (сырье) – 1000 кг

Содержание примесей:

в воде – 0 % ;

1

В

С

D

E

F

G

H

I

J

2

Производство аммиака

3

Дано: Производительность по газу природному (сырье), кг

1000

4

Примеси:

в воде , %

0

5

6

Проверка уравнения

7

Мв (сумма)

18

2

16

0

8

Мв, г

18

2

32

-16

9

Реакция

Н₂О(ж)

=

Н₂ +

0,5О₂

Таблица 1 - Материальный баланс

B

C

D

E

F

G

H

I

J

11

Приход

Расход

12

Масса, кг

%

Масса, кг

%

13

Сырье

Сырье

Вещество

примеси

Про-

дукты

Продукты

Компо-

ненты

14

1.Вода дистиллир.

1000

100

1.Водород

111

11,1

15

в т.ч. СН₄

1000

100

в т.ч. Н₂

111

11,1

16

примеси 1(г)

0

0

2.Кислород

889

88,9

18

в т.ч. О₂

889

88,9

19

Cумма(кг)

1000

1000

0

Cумма(кг)

3181

3181

20

Сумма(%)

100

Сумма(%)

100

27

Мв, г

18

2

16

ΔH (р),

кДж

28

Реакция

Н₂О

=

Н₂ +

0,5О₂

30

Н₂₉₈, Дж/моль*К

-286,02

0

0

31

Н₂₉₈ (с учетом молей)

-286,02

0

0

+286

Производительность:

технический водород (сырье) – 1000 кг

Содержание примесей:

в техн. водороде – 5 % (N₂, Н₂ и др.);

в атмосферном воздухе – 79 % (N₂ и др.)

1

В

С

D

E

F

G

H

I

J

2

Производство аммиака

3

Дано: Производительность по техн. водороду (сырье), кг

1000

4

Примеси:

в техн. водороде (О₂ и др. примеси), %

5

5

в воздухе (О₂ и др. примеси), %

21

6

Проверка уравнения

7

Мв (сумма)

6

28

34

0

8

Мв, г

2

28

17

13

9

Реакция

3H₂ +

N₂

=

2NH₃

Таблица 1 - Материальный баланс

B

C

D

E

F

G

H

I

J

11

Приход

Расход

12

Масса, кг

%

Масса, кг

%

13

Сырье

Сырье

Вещество

примеси

Про-

дукты

Продукты

Компо-

ненты

14

1.Техн.

водород

1000

15,1

1.Техн

аммиак

6612

100

15

в т.ч. Н₂

950

14,4

в т.ч.NH₃

5383

81,4

16

примесь 1(г)

50

0,8

примеси 1 (г)

50

0,2

17

2. Воздух

5612

84,9

примеси 2 (г)

1178

18,4

18

в т.ч. N₂

4433

67,1

19

примесь 2 (О₂ и др)

1178

17,8

20

Cумма(кг)

6612

5383

1228

Cумма(кг)

6612

6612

21

Сумма(%)

100

Сумма(%)

100

B

C

D

E

F

G

H

I

J

Таблица 2 - Тепловой баланс

24

Дано: Температура исходных компонентов ( t _С), ^оС

20

25

Температура конечных продуктов ( t _ПР), ^оС

1000

Проверка уравнения

26

Мв (сумма)

6

28

34

0

27

Мв, г

2

28

17

Тепловой

  эффект

реакции,

ΔH (р), кДж

28

Реакция

3H₂ +

N₂

=

2NH₃

29

Энтальпия

30

Н₂₉₈, Дж/моль*К

0

0

-45,804

31

Н₂₉₈ (с учетом молей)

0

0

-45,804

-91,6

32

Формула пересчета Ср = Ср*/Мв, Дж /(кг∙К)

33

Ср*₂₉₈, Дж / (моль.К)

28,851

29,14

35,59

34

Ср ₂₉₈, кДж / (кг.К)

14,426

1,041

2,094

35

Количество тепла: Q = m ∙ Ср (Дж/(кг∙К) ∙ t, кДж

36

( m –масса технического сырья или продукта)

B

C

D

E

F

G

H

I

J

37

Приход

Расход

38

Сырье

кДж

%

Продукты

кДж

%

39

1.С техн.

288510

1,8

1. С аммиаком

692101

4,4

40

водородом

(Ср=2,094 кДж / (кг.К)

41

2. С атм.

116822

0,8

2.Потери тепла

3134666

20

42

воздухом

43

3. Теплота

15268000

97,4

3.Теплота

11846564

75,6

44

реакции

отводимая

45

Cумма (кДж)

15673332

Cумма (кДж)

46

Сумма (%)

100

Сумма (%)

100