Задача

(1.16)

Побочные продукты (М7) производства нитробензола, например, можно определить по выходу конечных продуктов реакции:

(1.17)

Подставляя численные значения компонентов, получим массовый выход побочных продуктов:

Сравнивая полученные значения величин входных и выходных материальных потоков по уравнению (1.4), делаем проверку материального баланса и получаем очевидное тождество: 9,3 кг = 9,3 кг.

Структуру материального баланса удобно представлять в графическом виде. Для этого строится гистограмма входных и выходных материальных потоков рис., которая наглядно показывает соотношения компонентов (статей) в структуре материального баланса.

Энергетический баланс.Энергетический баланс производства нитробензола представляет собой тепловой баланс и складывается из тепловых потоков возникающих в ходе технологического процесса. По аналогии с материальным балансом запишем общее уравнение энергетического баланса, представляющее собой равенство приходного и расходного тепловых потоков:

(1.18)

гдеQвх - приходный поток теплового баланса;

Qвых - расходный поток теплового баланса.

При рассмотрении энергетического баланса теплосодержание исходных продуктов и продуктов реакции не учитывается, так как ввод исходных продуктов и вывод продуктов реакции осуществляется при температуре окружающей среды t1.

Приход тепловой энергии.

Приход тепловой энергии определяется термохимическим процессом нитрования бензола, процессом разбавления серной кислоты и подогревом реакционной смеси до температуры t2:

(1.19)

Тепловой эффект реакции нитрования бензола (Q1) определяется по следующему уравнению: (1.20)

гдеq1 - удельная теплота реакции нитрования, кДж/моль;

n4 - количество молей нитробензола, моль,

Для определения выделившейся тепловой энергии при разбавлении серной кислоты, запишем возможные пути разбавления серной кислоты водой:

- путь 1,

- путь 2,

- путь 3.

В реактор попадает готовый раствор серной кислоты, в котором вода находится в связанном состоянии. Энергия, высвободившаяся при получении раствора, не должна учитываться при разбавлении в ходе процесса нитрования. Предполагается, что разбавление исходного раствора серной кислоты протекало по первому уравнению (путь 1), т. е. разбавление шло при одинаковом мольном соотношении исходных веществ. Учитывая это, количество серной кислоты связанной с водой равно количеству воды связанной с серной кислотой, отсюда:

Где количество серной кислоты связанной с водой, моль.

Количество молей серной кислоты (n3), поступающей на разбавление, в соответствии с материальным балансом производства и учетом начального разбавления определяется по выражению:

Где мольная масса H2SO4, кг/кмоль, 98 кг/кмоль.

Количество молей воды (nН2О) для разбавления соответствует массе воды, полученной в ходе реакции, и поступающей с раствором азотной кислоты:

Из полученного мольного соотношения воды и серной кислоты, видно, что количество воды в три раз больше, чем серной кислоты, поэтому разбавление может рассматриваться по реакциям 2 или 3 (путь 2 и 3). Рассчитаем количество гидратов, образовавшихся при разбавлении, с двумя и четырьмя присоединенными молями воды:

Другое по теме

Военное разрушение биосферы. Возможные экологические последствия ядерной войны
Угроза ядерной войны носит экологический характер, и вызывает особую тревогу. К сожалению, вся история развития человечества - это страшная история военных действий. Подсчитано, что в период ...

Экология настоящего дня
Современное определение понятия экология имеет более широкое значение, чем в первые десятилетия развития этой науки. Классическое определение экологии: наука, изучающая взаимоотношения живой ...