5.3.2. Тепловой баланс реактора

ния меламина из карбамида:

Диссоциация карбамида на аммиак и циановую кислоту по реакции:

0,025 CO(NH2)2 (тв) -> 0,025 HNCO(r) + 0,025 NH3(T)

co(NH2)2 ~ -79,63 ккал/моль, AHo6p'hnco = -27,90 ккал/моль,

ЛНобр шз = -11,02 ккал/моль.

Тепловой эффект:

АН, = 0,025-(-27,90) + 0,025-(- 11,02) + 0,025-79,63 = 1,0178 ккал/моль

Образование меламина и диоксида углерода из циановой кислоты со степе-

нью превращения 0,97:

(0,025-0,97) HNCO(r) (0,025-0,025-0,97) HNCO{r) +

+ (0,025-0,97/6) СзНбЫб{г) + (0,025-0,97/2) С02(т)

АНоб%со = -27,90 ккал/моль, AH°6pc3h3N3 = -15,35 ккал/моль,

ЛНобрсо2 = "94,05 ккал/моль.

Тепловой эффект:

ДН2 = (0,025 - 0,025-0,97) -(-27,90) + (0,025-0,97/6) -(-15,35) +

+ (0,025-0,97/2) -(-94,05) + (0,025-0,97)-27,90 =

= -0,0279 - 0,06204 - 1,1404 + 0,6766 = -0,5537 ккал/моль

3) Суммарный тепловой эффект реакции синтеза:

2АН = АН! + ДН2 = 1,0178 - 0,5537 = 0,4641 ккал/моль

Приведение энтальпии образововшихся продуктов от стандартного со-

стояния к условиям синтеза дает следующие величины поправок:

Приведенная энтальпия непрореагировавшей HNCO от стандартного со-

стояния к условиям синтеза (определим как разность энтальпии идеального

газа в конечном и начальном состоянии):

ДН3 = (0,025 - 0,025-0,97)(Н2 - Щ = СР(Т2 - ТО

Ср = 10,72 ккал/моль-К

ДН3 = (0,025 - 0,025-0,97) -10,72-(673 - 298) = 4,02 ккал/моль

Приведенная энтальпия образовавшегося по реакции NH3 от стандартного

состояния к условиям синтеза:

ДН4 = 0,025-(Н2 - Hi) -М

Н2 = 600,12 ккал/кг - при 8 атм и 400°С;

Hi = 552,58 ккал/кг - при 1 атм и 25°С.

ДН4 = 0,025-(600,12 - 552,58) -17 = 20,21 ккал/кмоль = 0,02 ккал/моль

Приведенная энтальпия образования меламина:

ДН5 = (0,025-0,97/6) -[Ств(1субл - 25) +НПЛ + Нисп +C2(tCHHT - tcy6jl)]

Ств = 60 кал/моль-°С; С2 = 61 кал/моль-°С;

Нпл = 6500 кал/моль; Нисп = 15400 кал/моль.

АН5 = (0,025-0,97/6) -[60(354 - 25) + 6500 + 15400 + 61(400 - 354)] =

= 0,004-[19740 + 6500 + 15400 + 2806] = 177,8 кал/моль = 0,1778 ккал/моль

Приведенная энтальпия образовавшегося по реакции С02 от стандартного

состояния к условиям синтеза:

АНб = (0,025-0,97/2) -(Н2 - Hj) -М

Hi = 190,2 ккал/кг - при 1 атм и 25°С;

Н2 = 255,6 ккал/кг - при 8 атм и 400°С.

АН6 = (0,025-0,97/2) -(255,6 - 190,2) -44 =

= 34,53 ккал/кмоль = 0,035 ккал/моль

Уменьшение энтальпии избыточного NH3 от температуры предварительно-

го нагрева 500°С до температуры реакции:

АН7 = 0,685-(Hi - Н2) -М

Н, = 600,12 ккал/кг - при 8 атм и 400°С;

Н2 = 801,33 ккал/кг - при 8 атм и 500°С.

АН7 = 0,685-(-801,33 + 600,12) -17 = -2343,1 кал/моль = -2,343 ккал/моль

С учетом этих поправок суммарный тепловой эффект реакций синтеза

будет:

SAH = АН, + АН2 + АН3 + ЛН4 + ЛН5 + АН6 + АНТ =

= 0,4641 + 4,02 + 0,02 + 0,1778 + 0,035 - 2,343 = 2,37 ккал/моль.

В силу того, что механизм процесса до настоящего времени считается

неизвестным, то расчет теплового баланса может отличаться от практических

данных. Аммиак подется в реактор синтеза с температурой 350-500°С. Так как

процесс в реакторе проходит в интервале температур 350-450°С, условно при-

мем для расчета температуру аммиака на входе в реактор равной 500°С, а тем-

пературу продуктов реакции на выходе из реактора равной 400°С. Таким об-

разом, мы определим необходимость и порядок величины подводимого непо-

средственно к реактору тепла (например, при помощи электрообогрева), а не-

посредственно на пилотной установке варьированием температуры аммиака и

электрообогрева реактора можно будет добиться оптимального температурно-

го режима ведения процесса.

Приход тепла:

с карбамидом: 0,025-60-0,5 М40 = 107,1 ккал/ч;

с аммиаком: 0,025-11,645-0,65-500 = 94,6 ккал/ч;

Всего: 107,1 + 94,6 = 201,7 ккал/ч.

Расход тепла:

на эндотермию реакции синтеза: 12,0-60 = 720,0 ккал/ч;

с уходящими продуктами реакции:

(0,509-0,48 + 12,0-0,65 + 0,528-0,27) -400 = 3274,7 ккал/ч

на потери тепла в окружающую среду (~ 10%):

0,1(720,0 + 3274,7) = 399,5 ккал/ч

Всего: 720,0 + 3274,7 + 399,5 = 4394,2 ккал/ч

Дисбаланс тепла между приходом и расходом:

4394,2 - 201,7 = 4192,5 ккал/ч

Этот дисбаланс тепла может быть компенсирован подводом тепла к ре-

актору извне (например, при помощи электрообогрева). Требуемая мощность

электрообогрева при КПД = 0,9:(4192,5-0,001163)/0,95 = 0,18 кВт.