дного для реакції:
n 2 = 30.1 міль,
де n 1 -кількість речовини С 6 Н 6 ,
В
-мольна маса бензолу, кг/кмоль, 78 кг/кмоль.
З іншого боку кількість молей HNO 3 визначається аналогічно бензолу:
(1.6)
Де М 2 HNO 3 -маса HNO 3 , кг;
мольная маса HNO 3 , кг/кмоль, 63 кг/кмоль.
Звідси
(1.7)
Так як НNO 3 надходить у реактор-змішувач у вигляді розчину, то остаточно маса розчину HNO 3 ( М 2 ) дорівнює:
(1.8)
Де масова частка HNO 3 у водному розчині за умовою.
Необхідна кількість розчину Н 2 SO 4 , надходить в реактор-змішувач, буде розраховуватися з урахуванням кількості води, що утворилася в реакторі-змішувачі.
Кількість води ( M 2 Н2О ), надійшла в реактор разом з розчином азотної кислоти,
(1.9)
Кількість реакційної води ( M р Н2О ) знаходиться з рівняння реакції по вихідного речовині, що знаходиться в недоліку (НNO 3 ):
В
(1.10)
де n 2 -кількість речовини НNO 3 за формулою (1.6),
В
мольная маса H 2 O, кг/кмоль, 18 кг/кмоль;
вихід реакції за умовою.
Підставляючи отримані значення у вираз (1.10), визначимо кількість води з реакції нітрування бензолу:
В
Загальна маса води ( М Н2О ) на розведення H 2 SO 4 в реакторі-змішувачі визначається як сума M 2 Н2О і M р Н2О :
(1.11)
Сірчана кислота в реактор-змішувач надходить у вигляді розчину з початковою масовою концентрацією пЃ· 3 . У ході реакції концентрація розчину зменшується до кінцевої величини пЃ· 6 за рахунок розбавлення реакційної водою і водою, що надійшла з азотною кислотою. На підставі цього, можна записати, керуючись визначенням масової частки речовини в розчині, вираз масових концентрацій Н 2 SO 4 на вході і виході реактора-змішувача:
і . br/>
розділила перше вираз на друге і вирішимо отримане рівняння щодо маси розчину сірчаної кислоти M 3 :
(1.12)
Вихідний потік речовини. Після пошарового розділення в відстійнику на виході з технологічної установки отримання нітробензолу маємо наступний потік речовини:
(1.13)
В
Маса нітробензолу ( М 4 ), отримана з реакції нітрування бензолу, визначається з рівняння хімічної реакції по речовині знаходиться в недоліку (HNO 3 ):
(1.14)
Де мольна маса З 6 H 5 NO 2 , кг/кмоль, 123 кг/кмоль.
Кількість надлишкового бензолу ( М 5 ), необхідного для забезпечення заданого технологічного режиму, визначається виразом:
(1.15)
Кількість відпрацьованої сірчаної кислоти ( М 6 ) складається з маси розчину сірчаної кислоти надходить у реактор-змішувач і маси води, що міститься в розчині азотної кислоти і утвореною при змішуванні реагентів:
(1.16)
Побічні продукти ( М 7 ) виробництва нітробензолу, наприклад, можна визначити по виходу кінцевих продуктів реакції:
(1.17)
Підставляючи чисельні значення компонентів, отримаємо масовий вихід побічних продуктів:
В
Порівнюючи отримані значення величин вхідних і вихідних матеріальних потоків за рівнянням (1.4), робимо перевірку матеріального балансу і отримуємо очевидне тотожність: 9,3 кг = 9,3 кг.
Структуру матеріального балансу зручно представляти в графічному вигляді. Для цього будується гістограма вхідних і вихідних матеріальних потоків рис., яка наочно показує співвідношення компонентів (статей) у структурі матеріального балансу.
Енергетичний баланс. Енергетичний баланс виробництва нітробензолу являє собою тепловий баланс і складається з теплових потоків виникають у ході технологічного процесу. За аналогією з матеріальним балансом запишемо загальне рівняння енергетичного балансу, представляє собою рівність прибуткового та видаткового теплових потоків:
(1.18)
де Q вх - прибутковий потік теплового балансу;
Q вих - витратний потік теплового балансу.
При розгляді енергетичного балансу теплосодержание вихідних продуктів і продуктів реакції не враховується, оскільки введення вихідних продуктів і виведення продуктів реакції здійснюється при температурі навколишнього середовища t 1 .
Прихід те...
