Производство красителя «Кислотный Алый» (стр. 4 из 6)

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 )

Q₄ = [121,00 × 1,68 + 92,00 × 0,99 + (2200 + 244,5+24,8) × 4,18 ] × 270 = 2,87 × 10⁶ КДж

Q₅ = 1350 × 0,549 × (270 - 271) = - 0,74× 10³ КДж

Q₁ = 121,00 × 1,63 × 293 + 2,79 × 10⁶ = 2,85 × 10⁶ КДж

Q₂ = 1,05 (2,87 × 10⁶ -1,32 × 10⁴ - 0,74× 10³ -2,85 × 10⁶) = -1,63 × 10⁴ КДж

III стадия.

Q₅ = 0

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₄ + Q₆

Q₂ = 1,05 ( Q₄ - Q₁ - Q₃ )

Q₄= [ 163,0 × 1,28 + 14,7 × 1,28 + 58,5 × 0,9 + 15,3 × 0,99 + 9,8 × 1,71 +

+ (2200 + 244,54+24,8+ 177,1 + 37,8) × 4,18 ] × 274 = 3,15 × 10⁶ КДж

Q₁ = [121,00×1,68+92,00×0,99+76×1,03 + (2200+244,5+24,8+177,1)×4,18 ]×270

= 3,09×10⁶ КДж

Q₃ = [121×4,19×(1000 × 0,967 × 23,81 + 34,5 × 10) ] / 121 = 9,8 × 10⁴ КДж

Q₂= 1,05 (3,15 × 10⁶ - 3,09×10⁶ - 9,8 × 10⁴) = -3,9 × 10⁴ КДж

6.2 Расчет поверхности теплообмена

I стадия.

В качестве хладоагента используется рассол с начальной температурой -10°С и конечной температурой -5°С. Теплоемкость примем как для воды.

Противоток:

Прямоток:

Принимаем значение коэффициента теплопередачи [3] К=900 Вт/ м²·К.

Время охлаждения t= 30 мин = 1800 с.

Расход рассола

Поверхность теплообмена:

Число витков змеевика:

II стадия.

В качестве хладоагента используется рассол с начальной температурой -10°С и конечной температурой -5°С.

Противоток:

Прямоток:

Принимаем значение коэффициента теплопередачи [3] К=900 Вт/ м²·К.

Время охлаждения t= 10 мин = 600 с.

Расход рассола

Поверхность теплообмена:

Число витков змеевика:

III стадия.

В качестве хладоагента используется рассол с начальной температурой -10°С и конечной температурой -5°С.

Принимаем значение коэффициента теплопередачи [3] К=900 Вт/ м²·К.

Время охлаждения t= 20 мин = 1200 с.

Расход рассола

Поверхность теплообмена:

Число витков змеевика:

виток.

С учетом запаса поверхности теплообмена, принимаемого равным 30%, число витков змеевика составит:

n = 2,31·(1+0,3) = 2,99 » 3 витка.

Суммарный расход рассола с запасом = 1,3×(6,9+1,3+1,55) = 12,68 кг/с

7 Ежегодные нормы расхода основных видов сырья, вспомогательных материалов и промежуточных продуктов.

№	нормы расхода основных видов сырья, вспомогательных материалов и промежуточных продуктов. [кг]	нормы расхода основных видов сырья, вспомогательных материалов и промежуточных продуктов на 1 тонну 100% красителя [кг]
1	Метоксилидин	158,0
2	Р-соль	371,1
3	Шеффер соль	65,3
4	Нитрит натрия	90,0
5	Кислота соляная	436,7
6	Соль поваренная	1566,6
7	Аммиак водный	91,4
8	Кислота сульфаминовая техническая	17,0
9	Асидол технический	3,8
10	Ализариновое масло техническое	2,0
11	Вода [м3/т]	36,3
12	Пар [Гкал/т]	3,0
13	Электроэнергия [КВтч/т]	112,0

8 Ежегодная норма образования отходов производства

№	Наименование отходов, характеристика, состояния, аппарат или стадия образования.	Метод очистки или уничтожения	Научно обоснованная норма образования отходов производства на 1 тонну 100% красителя
Газообразные отходы. Газообразные отходы отсутствуют.
7.2 Жидкие отходы.
1	Фильтрат готового красителя (фильтр пресс №8037) состава:NaCl--132000 мг/лОрганические продукты разложения --6000 мг/лNH4Cl – 7000 мг/л	Направляются в производственную канализацию и через городской коллектор на станцию биологической очистки.При выходе с завода разбавляются водой в 37-40 раз.	9,2 м3
7,3 Твердые отходы.Твердые отходы отсутствуют