4.4.2.3.Тепловой баланс процесса нейтрализации

Приход

1. Тепло, приходящее с газообразным аммиаком:

Q_Ам = (с_NH3·n_NH3 + c_H2O·n_H2O)·t_вх,

t_вх = 150ºС

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

с_NH3 = 29,8 + 0,02548·(150+273) - (1,65·10⁵/(150+273)²) = 39,64 Дж/моль·К

c_H2O = 39,02 + 0,07664·(150+273) + (11,96·10⁵/(150+273)²) = 78,11 Дж/моль·К

Q_Ам = (40,1·716,4 + 78,81·2,71) ·428 = 1,21·10⁷ Дж

2. Тепло, приходящее с азотной кислотой:

Q_АК = (с_HNO3·n_HNO3 + c_H2O·n_H2O)·t_вх

^c_HNO3 ^{= 109,87 Дж/моль·К}

Q_АК = (109,87·716,3 + 78,81·1912,8)·423 = 6,7·10⁷ Дж

3. Тепло, приходящее с раствором аммиачной селитры (25%):

Q_АС = (с_NH4NO3·n_NH4NO3 + c_H2O·n_H2O + c_NO3·n_NO3)· t_вх

с_NH4NO3 = 139,3 Дж/моль·К

c_NO3 = 37,18 Дж/моль·К

Q_АС = (139,3·19,8 + 37,18·1,91 + 76,52·264,5)·423 = 1,00·10⁷ Дж

4. Тепло, приходящее с конденсатом сокового пара:

Q_КСП = (с_H2O·n_H2O + c_NH4NO3·n_NH4NO3 + c_HNO3·n_HNO3)·t_вх

Q_КСП = (78,81·363,2 + 139,3·0,3 + 109,87·0,4)·423 = 1,05·10⁷ Дж

^{5. Теплота химической реакции:}

NH₃ + HNO₃ = NH₄NO₃

Q_хр = ΔН_хр·n,

ΔH_хр = Δ_fH^º₍₂₉₈₎^NH4NO3 – Δ_fH^º₍₂₉₈₎^NH3 – Δ_fH^º₍₂₉₈₎^HNO3 ,

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

n – количество молей образовавшегося вещества

Таблица 4.4.2.5

Стандартные энтальпии образования для соответствующих компонентов

Компонент	ΔfHº(298), кДж/моль	n, моль/ч
NH4NO3	-365,1	710,0
NH3	-46,19	710,0
HNO3	-173,0	710,0

ΔH_хр = -365,1 – (-46,19) – (-173) = -145,91 кДж/моль

Q_хр = 145,91·710,0 = 1,0·10⁸ Дж

Расход

1. Тепло, уходящее с раствором аммиачной селитры:

Q_АС = (с_NH4NO3·n_NH4NO3 + c_H2O·n_H2O)· t_вых,

t_вых = 170ºС

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

с_NH4NO3 = 139,3 Дж/моль·К

c_H2O = 39,02 + 0,07664·(170+273) + (11,96·10⁵/(170+273)²) = 78,99 Дж/моль·К

Q_АС = (139,3·710 + 78,99·350,6)·443 = 6,0·10⁷ Дж

2. Тепло, уходящее с соковым паром:

Q_СП = (с_NH4NO3·n_NH4NO3 + c_H2O·n_H2O + с_HNO3·n_HNO3)· t_вых

Q_СП = (139,3·1,7 + 78,99·1917,1 + 109,87·2,1)·443 = 7,1·10⁷ Дж

3. Тепло, уходящее со слабым раствором аммиачной селитры:

Q_САР = (с_NH4NO3·n_NH4NO3 + c_H2O·n_H2O + с_HNO3·n_HNO3)· t_вых

Q_САР = (139,3·9,0 + 78,99·477,0 + 109,87·0,4)·443 = 3,02·10⁷ Дж

4. Теплопотери:

Q_ТП = (с_HNO3·n_HNO3 + с_NH3·n_NH3)· t_вых

с_NH3 = 29,8 + 0,02548·(170+273) - (1,65·10⁵/(170+273)²) = 40,24 Дж/моль·К

Q_ТП = (109,87·6,3 + 40,24·6,7)·443 = 4,26·10⁵ Дж

Сводим тепловой баланс в таблицу:

Таблица 4.4.2.6

Приход		Расход
Статья прихода	Q, Дж	Статья расхода	Q, Дж
Тепло с газообразным аммиаком	1,21·107	Тепло с раствором аммиачной селитры	6,0·107
Тепло с азотной кислотой	6,7·107	Тепло с соковым паром	7,1·107
Тепло с раствором аммиачной селитры (25%)	1,00·107	Тепло со слабым раствором аммиачной селитры	3,02·107
Тепло с конденсатом сокового пара	1,05·107	Теплопотери	4,26·105
Тепло химической реакции	1,0·108
Всего	1,80·108	Всего	1,79·108