Производство красителя Кислотного алого (стр. 5 из 12)

Приход	Масса		Расход	Масса
кг	%	кг	%
Суспензия готового красителя состава: 1. паста готового красителя 2. NH4Cl 3. NaCl 4. Р-соль 5. Органические продукты разложения 6. примеси 7. вода	9835,9 796,7 59,0 1308,2 19,7 49,1 29,5 7573,7	100,0 8,1 0,6 13,3 0,2 0,5 0,3 77,0	Паста готового красителя состава: 1. готовый краситель 2. NH4Cl 3. NaCl 4. Органические продукты разложения 5. примеси 6. вода Фильтрат состава: 1. готовый краситель 2. NH4Cl 3. NaCl 4. Р-соль 5. Органические продукты разложения 6. примеси 7. вода	2176,5 731,3 2,2 243,8 2,2 2,2 1194,8 7659,4 15,3 53,6 1011,0 15,3 46,0 23,0 6495,2	100,0 33,6 0,1 11,2 0,1 0,1 54,9 100,0 0,2 0,7 13,2 0,2 0,6 0,3 84,0
Итого	9835,9	100	Итого	9835,9	100

6. Тепловой баланс стадии диазотирования

Тепловой баланс процесса диазотирования ароматических аминов описывается уравнением:

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₄ + Q₅ +Q₆ , где

· Q₁- тепло, поступающее в аппарат с исходными веществами, кДж

· Q₂ - тепло, отводимое охлаждающим агентом или подводимое теплоносителем к аппарату, кДж

· Q₃- тепловой эффект процесса, кДж

· Q₄ - тепло, уносимое продуктами реакции, кДж

· Q₅ - тепло, идущее на охлаждение или нагревание отдельных частей аппарата, кДж

· Q₆ - тепло, теряемое аппаратом в окружающую среду или получаемое из нее, кДж

Расчет теплот Q₁ и Q₂ проводят по следующим формулам :

Q₁ = S G_{i н}× c_p× T_н ;

Q₄ = S G_jк× c_p× T_к ,

· G_iн , G_jк - масса исходных веществ и продуктов реакции, кг ;

· с_рн , с_рк - удельные теплоемкости исходных веществ и продуктов реакции,

кДж / кг×К ;

· T_н ,T_к - начальная и конечная температуры на данной стадии процесса, К.

Массы исходных веществ и продуктов реакции берут из данных материального баланса.

При отсутствии экспериментальных данных о удельных теплоемкостях, их величины могут быть приближенно вычислены по уравнению :

где

· с_ра - атомные теплоемкости элементов, кДж/ кг×К ;

· n - число одноименных атомов в молекуле ;

· M - молекулярная масса соединения, кг/ кмоль.

с_Р1 = (8 × 7,53 + 13 × 9,62 + 1 × 11,3) / 121 = 1,63 кДж / кг×К

с_Р2 = (8 × 7,53 + 11 × 9,62 + 2 × 11,3 + 26,36) / 168,5 = 1,28 кДж / кг×К

Удельные теплоемкости исходных веществ и продуктов реакции.

№	Наименование	Удельная теплоемкость ср , кДж/ кг×К
1	Метоксилидин	1,63
2	Диазосоединение	1,28
3	Нитрит натрия	1,03
4	Соляная кислота	0,99
5	Хлорид натрия	0,90
6	Серная кислота	1,71
7	Вода	4,18

Тепловой эффект процесса диазотирования Q₃ может быть выражен из следующего равенства :

где G₁- масса загружаемого амина, кг ;

с₁ - содержание чистого вещества в исходном амине, масс. доли ;

М₁ - молекулярная масса амина, кг/ кмоль ;

* - выход в реакции диазотированния, вес. доли ;

q_P - теплота реакции диазотирования, ккал/ г-моль;

d - избыток нитрита натрия от теоретического количества, %.

Теплота реакции диазотирования q_P складывается из теплот реакций-элементов

-нейтрализация амина

RNH₂ + HCl = RNH₂×HCl + q₁

-разложение нитрита натрия соляной кислотой

NaNO₂ + HCl = HNO₂ + NaCl + 3,45 ккал/ г-моль

-диазотирование

RNH₂ + HNO₂ = R-N=N-OH + H₂O + q₃

-нейтрализация диазоаминов

R-N=N-OH + HCl = RN₂⁺Cl^- + H₂O + q₄

Таким образом, удельная теплота реакции диазотирования

q_P = q₃ + q₄ + 3,45 - q₁ , ккал/ г-моль

Согласно справочным данным [1]

q₁ = 3,15 ккал/ г-моль ; q₃ = 15,01 ккал/ г-моль ; q₄ = 8,50 ккал/ г-моль.

q_P = 15,01 + 8,50 + 3,45 - 3,15 = 23,81 ккал/ г-моль.

Количество тепла, необходимое для нагревания отдельных частей аппарата, находят по формуле :

Q₅ = G_АП× c_{Р ап}× ( T_{К ап} - T_{Н ап} ),

где G_АП - масса отдельных частей аппарата, кг

G_АП = 1350 кг ;

с_{Р ап} - теплоемкость материала, из которого изготовлен аппарат, кДж/ кг×К

с_{Р Ti} = 0,549 кДж/ кг×К ;

T_{К ап} , T_{Н ап} - средняя температура отдельных частей аппарата в конце и начале нагревания, К.

Количество тепла, необходимое для компенсации тепловых потерь в окружающую среду, определяют как

Q₆ = 0,05 × Q₂

Количество теплоты Q₂ необходимое для охлаждения или нагревания отдельных частей аппарата

Q₂ = K × F × Dt_ср× t ,

где К - среднее значение коэффициента теплопередачи, кВт/ м²×К ;

F - поверхность теплообмена аппарата, м² ;

- среднелогарифмическая разность температур, К ;

t - продолжительность стадии теплообмена, с.

Таким образом поверхность теплообмена можнт быть представлена как

Для расчета количества витков змеевика принимаем

· диаметр витка змеевика d_зм=2,040 м ,

· диаметр трубы змеевика d_тр= 0,053 м,

· расстояние между витками по вертикали h= 1,50 м.

Длина одного витка змеевика как винтовой линии составит

Поверхность теплообмена одного витка принимается равной

Число витков змеевика

.

Процесс диазотирования метоксилидина складывается из трех стадий :

I - охлаждение раствора соляной кислоты до -2 °С ;

II - охлаждение кислого раствора метоксилидина до -3 °С ;

III - собственно диазотирование.

Температурная диаграмма процесса диазотирования в таком случае выглядит следующим образом :

6.1 Определение количества теплоты Q₂. отводимое хладагентом или подводимое теплоносителем, для каждой стадии

I стадия.

Q₃ = 0, так как не протекает никаких химических превращений.

Q₁ + Q₂ = Q₄ + Q₅ + Q₆

Q₂ = 1,05 ( Q₄ + Q₅ - Q₁ )

Q₄ = [92,00 × 0,99 + (2200 + 244,5) × 4,18 ] × 271 = 2,79 × 10⁶ КДж

Q₅ = 1350 × 0,549 × (271 - 293) = -1,63 × 10⁴ Дж

Q₁ = [92,00 × 0,99 + (2200 + 244,5× 4,18 ] × 293 = 3,02 × 10⁶ КДж

Q₂= 1,05 (2,79 × 10⁶ - 1,63×10⁴ - 3,02 × 10⁶) = -2,60 × 10⁵ КДж

II стадия.

Q₃ = [ 121,0 × 4,19 × 1000 × 3,15 ] / 121 = 1,32 × 10⁴ КДж

Q₂ = 1,05 ( Q₄ + Q₅ - Q₃ - Q₁ )