На основании закона Гесса можно записать:
Qреакции=SQобразования продуктов реакции - SQобразования исходных веществ
Теплоты образования исходных веществ и продуктов реакции,
[11]:1. Оксид серы (VI) 439,0
2. Вода (98%) 285,83
3. Серная кислота 813,91
Определим удельную теплоту реакции:
где 80 - молекулярная масса оксида серы (VI).
Расход:
Тепло
, отводимое с продуктами реакции:Тепло
, отводимое с газообразными продуктами реакции:Тепло Q9 - потери в окружающую среду (примем потери 10% от теплоты, необходимой на нагрев смеси):
Тепло Q10, отводимое с охлаждающей водой:
Таблица №20
Операционный тепловой баланс стадии нитрования
Приход | кДж | Расход | кДж |
1) Тепло Q1 с азотной кислотой | 5721,1 | 1) Тепло , отводимое с продуктами реакции | 47918,6 |
2) Тепло Q2 с олеумом | 4996,9 | 2) Тепло , отводимое с газообразными продуктами | 224,3 |
3) Тепло Q3 с бензойной кислотой | 1637,4 | 3) Тепло Q9 - потери в окружающую среду | 5701,7 |
4) Тепло Q4 для нагревасмеси | 57017,0 | 4) Тепло Q10, отводимое с охлаждающей водой | 206912,4 |
5) Тепло Q5выделившееся при протекании реакции | 108354,4 | ||
6) Тепло Q6 гидратации | 83030,2 | ||
Итого | 260757,0 | Итого | 260757,0 |
2-я стадия - разбавление и фильтрация
Приход:
1) Тепло Q2, поступившее с водой:
2) Определяемколичество тепла Q3, которое выделяется при разбавлении кислотнойсмеси водой, выделяющейся в процессе нитрования. В процессе нитрования происходит изменение концентрации кислотной смеси за счёт выделяющейся реакционной воды, а, иногда, и за счёт воды, вводимой с азотной кислотой, когда она дозируется. Теплота гидратации может быть определена по формулам Томсена или теплотам исчерпывающего разбавления [9]. По Томсену теплота гидратации серной кислоты:
,где
- количество тепла, выделяющееся при разбавлении серной кислоты от моногидратного состояния до степени гидратности :Степень гидратности
показывает, сколько молей воды приходится на 1 моль серной кислоты.Cостав исходной кислотной смеси, %
Н2SO4 75,1
H2O 10,0,
Определяем теплоту гидратации исходной кислотной смеси:
Состав кислотной смеси после разбавления, %
Н2SO4 20,7,
H2O 78,7
Определяем теплоту гидратации конечной кислотной смеси:
Теперь рассчитываем тепловой эффект разбавления:
,где 0,78 - содержание серной кислоты в исходной смеси в долях;
98 - молекулярная масса серной кислоты.
Расход:
1) Тепло
, отводимое с динитробензойной кислотой:примем долю азотной кислоты равной 0.
2) Тепло
, отводимое с маточным раствором: ,3) Тепло
, отводимое с охлаждающей водой:Таблица №21
Операционный тепловой баланс стадии разбавления и фильтрации
Приход | кДж | Расход | кДж |
1) Тепло Q1 с суспензией ДНБК | 47918,6 | 1) Тепло , отводимое с ДНБК | 3185,0 |
2) Тепло Q2 с водой | 358769,4 | 2) Тепло , отводимое с маточником | 133790,4 |
3) Тепло Q3 гидратации | 192705,9 | 3) Тепло Q6, отводимое с охлаждающей водой | 462418,5 |
Итого | 599393,9 | Итого | 599393,9 |
3-я стадия - пропарка и фильтрация
1) Рассчитаем количество теплоты необходимое на нагрев смеси до 1000С
,Количество пара, требующегося для нагрева смеси:
2) Тепло , поступившее с паром:
3) Тепло
, вносимое с горячей водой:Расход:
1) Тепло конденсации пара
2) Тепло
, отводимое с динитробензойной кислотой: ,3) Тепло
, отводимое с маточным раствором: ,4) Тепло
- потери в окружающую среду (примем потери 20% от теплоты, необходимой на нагрев смеси):Таблица №22
Операционный тепловой баланс стадии пропарки и фильтрации
Приход | кДж | Расход | кДж |
1) Тепло с ДНБК | 3185,0 | 1) Тепло конденсации | 884810,0 |
2) Тепло , необходимое на нагрев ДНБК | 83172,1 | 2) Тепло , отводимое с ДНБК | 2252,6 |
3) Тепло Q3 с паром | 9372,0 | 3) Тепло , отводимое с маточником | 31865,2 |
4) Тепло Q4 с горячей водой | 875438,0 | 4) Тепло - потери в окружающую среду | 1874,4 |
Итого | 971167,1 | Итого | 971167,1 |
4-я стадия - кристаллизация