Составление материальных балансов

 

Пример 5. Составить материальный баланс печи для сжигание серы производительностью 60 т/сутки. Степень окисления серы 0,95 (остальная сера возгоняется и сгорает вне печи). Коэффи­циент избытка воздуха a = 1,5. Расчет следует вести на произ­водительность печи по сжигаемой сере в кг/ч.

Решение

Процесс горения серы описывается уравнением; реакции

S + О₂ = SO₂

производительность печи

т/ч = 2500 кг/ч серы

Количество окисленной до SO₂ серы

2500 × 0,95 = 2375 кг

Осталось в виде паров неокисленной серы

2500 – 2375 =125 кг

Израсходовано кислорода на окисление

м³

С учетом коэффициента избытка a

1670×1,5 = 2500 м³ или кг О₂

С кислородом поступает азота

м³ или кг

Образовалось в результате реакции двуокиси серы

кг

или

м³

Осталось неизрасходованного кислорода

1670×0,5 = 835 м³ или кг

Полученные данные сводим в таблицу:

 

Материальный баланс печи для сжигания серы

 

Приход	Расход
исходное вещество	кг	м3	продукт	кг	м3
S			S
O2			SO2
N2			O2
			N2
Итого:			Итого:

 

Пример 6.Составить материальный баланм производства окиси этилена прямым каталитическим окислением этилена воздухом. Состав исходной газовой смеси в % (об.): этилен - 3, воздух - 97. Степень окисления этилена Х = 0,5. Расчет следует вести на 1 т окиси этилена.

 

Решение

Окись этилена является одним из важнейших полу­продуктов, имеющих широкое применение в различных синте­зах - для получения этиленгликоля, полигликолей, лаковых рас­творителей, пластификаторов, этаноламинов, различных эмуль­гирующих и моющих средств; соединения, синтезируемые из окиси этилена, находят применение в производстве синтетических воло­кон, каучуков и других продуктов.

В настоящее время применяются два основных метода полу­чения окиси этилена:

1. гипохлорирование этилена с последующим отщеплением хлористого водорода от получающегося этиленхлоргидрина;

2. прямое каталитическое окисление этилена. При пропуска­ пропускании смеси воздуха с этиленом (нижний предел взрываемости эти­
леновоздушной смеси - 3,4% С₂Н₄) на серебряном катализаторе при 250-280°С образуется окись этилена:

 

 

Окись этилена из газовой смеси выделяют водной адсорбцией, а остаточный газ направляют во второй контактный аппарат.

По уравнению реакции находи расход этилена на 1 т окиси этилена. Из 28 кг этилена образуется 44 кг С₂Н₂О или расход С₂Н₄ на 1000 кго окиси этилена составит:

кг

С учетом степени окисления:

кг или м³

Объем воздуха в этиленвоздушной смеси составит

м³

в том числе кислорода 33000×0,21 = 6800 м³ или

кг

азота 33000×0,79 – 26200 м³ или

кг

Израсходовано кислорода на окисление

м³

В продуктах окисления содержится кислорода:

6800 – 255 = 6545 м³ или кг

Результаты расчетов сведены в таблицу.

 

Материальный баланс на 1 т окиси этилена

 

Приход	Расход
исходное вещество	кг	м3	продукт	кг	м3
Этилен			Окись этилена
Воздух			Этилен
в том числе:			Кислород
кислород			Азот
азот
Итого			Итого

Пример 7. Составить материальный баланс отделения оки­сления аммиака на 1 т азотной кислоты. Степень окисления NH₃ до NО - 0,97 и до N₂ - 0,03; NO до NO₂ - 1,0 и степень абсорбции 0,92. Содержание аммиака в сухой аммиачно-воздушной смеси 7,13% (масс). Воздух насыщен парами воды при 30°С. Относи­тельная влажность 80%.

 

Решение

 

Азотную кислоту получают окислением аммиака кис­лородом воздуха с последующей переработкой образующихся окис­лов азота.

Балансовое уравнение производства азотной кислоты из ам­миака можно записать следующим образом:

NH₃ + 2О₂ = НNО₃ + Н₂О + 411,2 кДж/моль

Окисление аммиака до окиси азота производят на платиновом или окиснохромовом катализаторе.

Затем окись азота окисляют до двуокиси и последнюю погло­щают водой и азотной кислотой.

В соответствии с балансовым уравнением из 1 кмоль NH₃ образуется 1 кмоль НNO₃. Количество аммиака, необходимое для производства 1 т НNO₃ составит

т = 303 кг

где молекулярная масса: НNO₃ – 63; NH₃ – 17

или

м³

Расход воздуха на 1 т НNO₃ составит

кг

или

м³

 

где 29,0 – молекулярная масса воздуха.

В том числе:

кислорода

м³ или кг

азота

м³ или кг

 

Поступает сухих газов 3070 м³. Парциальное давление паров воды при 30°С и относительной влажности 80% составит:

0,8 × 4,22 × 10³ = 3,37 × 10³ Па

где 4,22 × 10³ Па давление насыщенного водяного пара при 30°С.

С газом поступают воды:

или кг

Расчет состава нитрозных газов. Образуется по реакции

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O

окиси азота

400 × 0,97 = 388 м³ или кг

воды

м³ или кг

Расходуется кислорода:

м³ или кг

По реакции:

4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6Н₂О

образуется азота

м³ или кг

воды

м³ или кг

Расходуется кислорода:

м³ или кг

Состав нитрозных газов:	кг	м3	% (об)
NO	518,0		10,3
O2	923-693-12,7=217,3		4,1
N3	3030+7,5=3037,5		66,6
H2O	14,5+468+84,5=567		19,1

 

Результаты расчетов сведены в таблицу.

 

Материальный баланс на 1 т HNO₃

 

Приход	Расход
исходное вещество	кг	м3	продукт	кг	м3
Аммиачно-воздушная смесь: NH3 О2 N2 Н2О	84,5		Нитрозные газы: NO О2 N2 Н2О	217,3 3037,5	24,30
Итого	4340,5		Итого	4339,8