Задача

Входной поток вещества

представляют как сумму составляющих его компонентов по формуле

Мвы=М1+М2+М3= 2,5+2,6+4,2=9,3 кг, (1.5)

где М1-масса бензола С6Н6 (известна по условию), кг;

М2-масса раствора азотной кислоты HNO3, кг;

М3-масса раствора серной кислоты H2SO4, кг.

По известному из условия оптимальному мольному соот­ношению исходных веществ определяем количество вещества HNO3 требуемого для реакции:

n2 =30.1 моль,

где n1-количество вещества С6Н6,

-мольная масса бензола, кг/кмоль, 78 кг/кмоль.

С другой стороны количество молей HNO3 определяется аналогично бензолу:

(1.6)

Где М2 HNO3-масса HNO3, кг;

мольная масса HNO3, кг/кмоль, 63 кг/кмоль.

Отсюда

(1.7)

Так как НNO3 поступает в реактор-смеситель в виде раствора, то окончательно масса раствора HNO3 (М2) равна:

(1.8)

Где массовая доля HNO3 в водном растворе по условию.

Необходимое количество раствора Н2SO4, поступающего в реактор­–смеситель, будет рассчитываться с учетом количества воды, образовавшейся в реакторе-смесителе.

Количество воды (M2 Н2О), поступившей в реактор вместе с раствором азотной кислоты,

(1.9)

Количество реакционной воды (Mр Н2О) находится из уравнения реакции по исходному веществу, находящемуся в недостатке (НNO3):

(1.10)

гдеn2-количество вещества НNO3 по формуле (1.6),

мольная масса H2O, кг/кмоль, 18 кг/кмоль;

выход реакции по условию.

Подставляя полученные значения в выражение (1.10), определим количество воды по реакции нитрования бензола:

Общая масса воды (МН2О) на разбавление H2SO4 в реакторе-смесителе определяется как сумма M2 Н2О и Mр Н2О:

(1.11)

Серная кислота в реактор-смеситель поступает в виде раствора с начальной массовой концентрацией 3. В ходе реакции концентрация раствора уменьшается до конечной величины 6 за счет разбавления реакционной водой и водой, поступившей с азотной кислотой. На основании этого, можно записать, руководствуясь определением массовой доли вещества в растворе, выражение массовых концентраций Н2SO4 на входе и выходе реактора-смесителя:

и .

Разделим первое выражение на второе и решим полученное уравнение относительно массы раствора серной кислоты M3:

(1.12)

Выходной поток вещества.

После послойного разделения в отстойнике на выходе из технологической установки получения нитробензола имеем следующий поток вещества:

(1.13)

Масса нитробензола (М4), полученная по реакции нитрования бензола, определяется из уравнения химической реакции по веществу находящемуся в недостатке (HNO3):

(1.14)

Где мольная масса С6H5NO2, кг/кмоль, 123 кг/кмоль.

Количество избыточного бензола (М5), необходимого для обеспечения заданного технологического режима, определяется выражением:

(1.15)

Количество отработанной серной кислоты (М6) складывается из массы раствора серной кислоты поступающей в реактор-с­­меситель и массы воды, содержащейся в растворе азотной кислоты и образованной при смешении реагентов:

Другое по теме

Озоновая защита живого проблема сохранения и возможность восстановления
Газообразный озон, открытый в середине прошлого века, долгое время привлекал внимание ученых лишь своими уникальными химическими и физическими свойствами. Интерес к озону существенно возрос, ...

Экологическая безопасность человека в экосистеме
Человек по своей природе стремится к состоянию защищенности и хочет сделать свое существование максимально комфортным. С другой стороны, мы постоянно находимся в мире рисков. Угроза исходит ...