тропогенного навантаження на навколишнє середовище (рис. 4). В
Рис. 4 - Схема процесу отримання нітробензолу
Реакція отримання нітробензолу (С 6 H 5 NO 2 ) протікає в присутності сірчаної кислоти (H 2 SO 4 ) і надлишку бензолу (С 6 Н 6 ) з розрахунку 1 кмоль бензолу на 0,95 кмоль азотної кислоти (HNO 3 ):
.
Азотна і сірчана кислоти надходять у вигляді розчинів з масовими концентраціями 2 і 3 . Концентрація сірчаної кислоти протягом процесу отримання нітробензолу зменшується до величини пЃ· 6 . Вода, що утворюється в ході реакції і надходить з розчином азотної кислоти, зменшує концентрацію сірчаної кислоти в розчині.
Введення вихідних продуктів в систему і виведення з неї продуктів реакції здійснюється за температурі навколишнього середовища t 1 . Реакція отримання нітробензолу протікає при температурі t 2 > t 1 з ефективністю, яка визначається виходом реакції. p> У процесі змішування реагентів відбувається виділення теплової енергії при взаємодії бензолу з азотною кислотою і в результаті розбавлення сірчаної кислоти реакційної водою і водою, що надходить з вихідними реагентами. Кількість виділеної теплової енергії визначається відповідно питомою тепловим ефектом нитрования бензолу і ( q 1 ) і питомою теплотою розбавлення сірчаної кислоти ( q 2 ). Втрати теплової енергії нормуються коефіцієнтом теплових втрат, який визначає частку тепла, втрачаємо від загального вхідного потоку теплової енергії.
При розрахунку приймаються такі вихідні дані:
- маса З 6 Н 6
М 1 = 2,5 кг;
- питома теплоємність З 6 Н 6
З 1 = 1,72 кДж/(кг В· В° С);
- питома теплоємність НNO 3
З 2 = 2,51 кДж/(кг В· В° С);
- питома теплоємність H 2 SO 4
З 3 = 1,42 кДж/(кг В· В° С);
- концентрація розчину HNO 3
0,73 (мас. частки);
- концентрація розчину Н 2 SO 4
0,95 (мас. частки);
- концентрація відпрацьованої Н 2 SO 4
0,75 (мас. частки);
- вихід реакції
0,75;
- температура навколишнього середовища
t 1 = 20 В° С;
- температура реагує суміші
t 2 = 45 В° С;
- питома тепловий ефект реакції
q 1 = 153 кДж/моль;
- коефіцієнт теплових втрат
0,15.
В
Рішення
Матеріальний баланс . На підставі закону збереження речовини (маси) формується матеріальний баланс виробництва нітробензолу, який встановлює зв'язок між вхідними і вихідними потоками речовини:
, (1.4)
Де М вх - маса вхідного потоку речовини;
М вих - маса вихідного потоку речовини.
В
Рис. 5 - Схема матеріальних потоків процесу отримання нітробензолу: 1 - зона вхідних потоків речовини; 2 - зона вихідних потоків речовини
Для розрахункового аналізу матеріальних потоків необхідно вивчити спрощену схему виробництва нітробензолу. На її основі скласти докладну схему матеріальних потоків і підібрати не дістають вихідні дані. Технологічну схему, можна представити як одну технологічну одиницю, в якій структурні складові не розрізняються, і умовно розподілити в ній потоки речовини, так, як це зроблено на малюнку.
Вхідний потік речовини представляють як суму складових його компонентів за формулою
М ви = М 1 + М 2 + М 3 = 2,5 +2,6 +4,2 = 9,3 кг, (1.5)
де М 1 -маса бензолу З 6 Н 6 (відома по умовою), кг;
М 2 -маса розчину азотної кислоти HNO 3 , кг;
М 3 -маса розчину сірчаної кислоти H 2 SO 4 , кг.
За відомим з умови оптимального мольному співвідношенню вихідних речовин визначаємо кількість речовини HNO 3 необхі...
