<<
>>

5.3.2. Тепловой баланс реактора

  Определение теплового эффекта основных химических реакций получе-

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.

 

<< | >>
Источник: МОИСЕЕВА ИРИНА ДМИТРИЕВНА. РАЗРАБОТКА КАТАЛИЗАТОРА И ТЕХНОЛОГИИ СИНТЕЗА МЕЛАМИНА. ДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата техническихнаук. Новомосковск - 2002. 2002

Еще по теме 5.3.2. Тепловой баланс реактора:

  1. 5.3.1. Материальный баланс реактора
  2. 2.1.2 Уравнение теплового баланса сушащегося вещества.
  3. 2.1.4 Уравнение теплового баланса для сушащего газа.
  4. 5.3. Материальный и тепловой балансы узласинтеза меламина на пилотной установке
  5. 2.1 Уравнения материального и теплового балансов для получения динамической модели процесса сушки.
  6. Атомные реакторы на орбите
  7. Г. С. Альтшуллер ТЕПЛОВОЕ ПОЛЕ — В МЕХАНИЧЕСКОЕ
  8. 4. Солнечный и тепловой удары
  9. Тепловая защита зданий
  10. 1.6 Модели для коэффициента тепловой передачи.
  11. Последствия теплового загрязнения естественных водоемов.
  12. Анализ теплового режима подложки
  13. 2.1. Метеорологические факторы теплового режима зданий
  14. «ТОРГОВЫЙ БАЛАНС»
  15. НАЦИОНАЛЬНЫЕ ЭКОНОМИКИ И ТОРГОВЫЙ БАЛАНС
  16. Платежный баланс США
  17. 3. КОЛИЧЕСТВЕННОЕ И КАЧЕСТВЕННОЕ СОХРАНЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ. КРИТИКА ГИПОТЕЗЫ «ТЕПЛОВОЙ СМЕРТИ»
  18. Платежный баланс Англии