4.4.2.2.Тепловой баланс приготовления магнезиальной добавки с использованием брусита

^Приход

^{1. Тепло, приходящее с бруситом:}

^Q_вх^{маг = (с}_MgO^·n_MgO ^{+ c}_CaO^·n_CaO ^{+ c}_H2O^·n_H2O^)·t_вх^,

t_вх = 80ºС

Теплоемкости компонентов рассчитываем для данной температуры брусита, используя температурные ряды [9]

^с_MgO ^{= 42,59 + 0,00728·(80+273) – (6,19·105/(80+273)2) = 43,19 Дж/моль·К}

^c_CaO ^{= 49,62 + 0,00452·(80+273) – (6,95·105/(80+273)2) = 55,64 Дж/моль·К}

^c_H2O ^{= 39,02 + 0,07664·(80+273) + (11,96·105/(80+273)2) = 75,66 Дж/моль·К}

^Q_вх^{маг = (43,19·233 + 55,64·9,62 + 75,66·13,04)·353 = 1,08·107 Дж}

^{2. Тепло, приходящее с азотной кислотой:}

^Q_АК ^{= (с}_HNO3(100%)^·n_HNO3(100%) ^{+ c}_H2O(100%)^·n_H2O(100%) ^{+ c}_HNO3(57%)^·n_HNO3(57%) ^{+ c}_H2O(57%)^·n_H2O(57%)^{)· t}_вх

^c_HNO3 ^{= 109,87 Дж/моль·К}

^Q_АК ^{= (109,87·485 + 75,66·1732,6 + 109,87·849,7 + 75,66·1276,6) ·353 = 1,32·108 Дж}

^{3. Тепло, приходящее с конденсатом сокового пара:}

^Q_КСП ^{= (с}_H2O^·n_H2O ^{+ c}_NH4NO3^·n_NH4NO3 ^{+ c}_HNO3^·n_HNO3^{)· t}_вх

^Q_КСП ^{= (75,66·362,6 + 139,3·0,32 + 109,87·0,41)·353 = 9,71·106 Дж}

^{4. Теплота химической реакции:}

MgO + 2HNO₃ = Mg(NO₃)₂ + H₂O

Q_хр = ΔН_хр·n,

ΔH_хр = Δ_fH^º₍₂₉₈₎^Mg(NO3)2 + Δ_fH^º₍₂₉₈₎^H2O – Δ_fH^º₍₂₉₈₎^MgO – 2Δ_fH^º₍₂₉₈₎^HNO3 ,

где Δ_fH^º₍₂₉₈₎^I – энтальпия образования i-го компонента,

n – количество молей образовавшегося вещества

Таблица 4.4.2.3

Стандартные энтальпии образования для соответствующих компонентов

Компонент	ΔfHº(298), кДж/моль	n, моль/ч
Mg(NO3)2	-792,8	232,9
H2O	-285,84	232,9
MgO	-601,24	232,9
HNO3	-173,0	232,9

ΔH_хр = -792,8 + (-285,84) – (-601,24) – 2·(-173,0) = -131,5 кДж/моль

Q_хр = 131,5·232,9 = 3,06·10⁷ Дж

Расход

1. Тепло, уходящее с магнезитовой добавкой:

Q_вых^маг = (с_Mg(NO3)2·n_Mg(NO3)2 + c_Ca(NO3)2·n_Ca(NO3)2 + c_H2O·n_H2O)·t_вых,

t_вых = 110ºС

Теплоемкости компонентов рассчитываем для данной температуры магнезитовой добавки, используя температурные ряды [9]

с_Mg(NO3)2 = 141,9 Дж/моль·К

c_Ca(NO3)2 = 122,9 + 0,154·(110+273) – (17,2·10⁵/(110+273)²) = 193,58 Дж/моль·К

c_H2O = 39,02 + 0,07664·(110+273) + (11,96·10⁵/(110+273)²) = 76,52 Дж/моль·К

Q_вых^маг = (141,9·232,9 + 193,58·0,96 + 75,91·6222,2)·383 = 1,95·10⁸ Дж

2. Теплопотери:

Общее уравнение теплового баланса:

^Q_вх^{маг + Q}_АК ^{+ Q}_КСП ^{+ Q}_хр ^{= Q}_вых^{маг + Q}_т.пот.

Т.к. теплопотери составляют 3% от общего количества тепла, приходящего в систему, тогда:

^Q_т.пот. ^{= 0,03·(Q}_вх^{маг + Q}_АК ^{+ Q}_КСП ^{+ Q}_хр ^{) = 0,03·(1,08·107 + 1,32·108 + 9,7·106 +} 3,06·10⁷ ) = 5,49·10⁶ Дж

Сводим тепловой баланс в таблицу:

Таблица 4.4.2.4

Приход		Расход
Статья прихода	Q, Дж	Статья расхода	Q, Дж
Тепло с бруситом	1,08·107	Тепло с магнезитовой добавкой	1,95·108
Тепло с азотной кислотой	1,32·108	Теплопотери	5,49·106
Тепло с конденсатом сокового пара	9,7·106
Тепло химической реакции	3,06·107
Всего	1,99·108	Всего	2,00·108