Технологія утилізації нікелю та марганцю у виробництві синтетичних алмазів (стр. 6 из 10)

Сумарна маса Ni+Mn:

(5.2)

Визначаємо масу Ni:

(5.3)

Визначаємо масу Mn:

(5.4)

Процес очищення алмазу від солей Ni представляємо у вигляді рівняння:

Ni + H₂SO₄ = NiSO₄ + H₂. (5.1)

По цьому рівнянню розрахуємо кількість H₂SO₄, необхідну для взаємодії з нікелем:

. (5.5)

Тоді кількість отриманого NiSO₄ складатиме:

. (5.6)

Кількість одержаного H₂ за результатами реакції (5.1) складе:

або

. (5.7)

Залишилось Ni після реакції:

. (5.8)

Процес очищення алмазу від солей Mn представляємо у вигляді рівняння:

Mn + H₂SO₄ = MnSO₄ + H₂. (5.2)

По цьому рівнянню розрахуємо кількість H₂SO₄, необхідну для Mn:

. (5.9)

Тоді кількість отриманого MnSO₄ складатиме:

.

Кількість одержаного H₂ за результатами реакції (5.2) складе:

або

.

Залишилось Mn після реакції:

.

Усього по реакції (5.1) та (5.2) необхідно H₂SO₄:

.

Залишилось H₂SO₄ після реакцій (5.1–5.2):

.

Усього по реакції (5.1) та (5.2) необхідно H₂:

або

.

Розрахуємо кількість води, необхідної для отримання 15 % H₂SO₄:

.

Результати розрахунків зводимо у таблицю 5.1.

Таблиця 5.1 – Матеріальний баланс

Прихід			Витрати
Компонент	m, кг	м3	Компонент	m, кг	м3
Алмаз+графіт	4000	Алмаз+графіт	4000
Ni	1600	Ni	48
Mn	2400	Mn	72
H2SO4	6934	H2SO4	208,02
H2O	39293	H2O	39293
NiSO4	NiSO4	4077,3
MnSO4	MnSO4	6391,4
H2	H2	137,3	1537,5
Усього:	54227	–	Усього:	54227

6. РОЗРАХУНОК ТЕПЛОВОГО БАЛАНСУ

Вихідні дані приведені в таблиці 6.1.

Таблиця 6.1 – Теплоємність та тепловий ефект речовин [11]

Компонент	Теплоємність при 25 °С, Дж/моль·град	Тепловий ефект при 25 °С, кДж/моль
Алмаз+графіт	7,3
Ni	26,05	0
Mn	26,32	0
H2SO4 (15%)	137,57	194,6
H2О	75,3
NiSO4	80,0	–888,0
MnSO4	100,0	–994,0
H2	28,83	0

Тепловий ефект реакцій (5.1) та (5.2) розраховуємо за формулою:

(6.1)

За даними таблиці 6.1 розраховуємо тепловий ефект реакції (5.1):

.

За даними таблиці 6.1 розраховуємо тепловий ефект реакції (5.2):

.

Розрахунок зводимо до визначення необхідної кількості тепла:

(6.2)

де Q^пр_алмаз – тепло, що подається з алмазом, кДж/моль;

Q^пр_Ni – тепло, що подається з Ni, кДж/моль;

Q^пр_Mn – тепло, що подається з Mn, кДж/моль;

– тепло, що пішло з H₂SO₄, кДж/моль;

– тепло, що пішло з H₂O, кДж/моль;

Q_Т^1р-ції – тепло, що пішло на 1–у реакцію, кДж/моль;

Q_Т^2р-ції – тепло, що пішло на 2–у реакцію, кДж/моль;

Q^вит_алмаз – тепло, яке виходить з алмазом, кДж/моль;

Q^вит_Ni – тепло, яке виходить з Ni, кДж/моль;

Q^вит_Mn – тепло, яке виходить з Mn, кДж/моль;

Q^вит_MnSO4 – тепло, яке виходить з MnSO₄, кДж/моль;

Q^вит_NiSO4 – тепло, яке виходить з NiSO₄, кДж/моль;

– тепло, яке виходить з H₂SO₄, кДж/моль;

– тепло, яке виходить з H₂O, кДж/моль;

Q^вит_H2 – тепло, яке виходить з H₂, кДж/моль;

Q_вит – тепло витрат (2 %), кДж/моль.

6.1 Розрахунок приходу тепла

Розрахунок приходу тепла розраховується за формулою:

(6.3)

де m_і – маса компонента, кг;

t_і^вх – температура входу, дорівнює 25 °С;

С_і – теплоємність, кДж/моль·град.

Тепло, яке надходить з алмазом:

Тепло, що надходить з нікелем:

Тепло, що надходить з марганцем:

Тепло, яке поступає з сірчаною кислотою:

Тепло, яке поступає з водою

Тепло, що пішло на реакцію (5.1):

Тепло, що пішло на реакцію (5.2):

Сумарний прихід тепла:

6.2 Витрати тепла

Розрахунок витрату тепла розраховується за формулою:

(6.4)

де t_і^вих – вихідна температура °С.

Вихідне тепло алмазу складає:

Вихідне тепло з нікелем:

Вихідне тепло з марганцем:

Вихідне тепло NiSO₄:

Вихідне тепло MnSO₄:

Тепло, що виходить з сірчаною кислотою:

Тепло, що виходить з водою:

Вихідне тепло з Н₂:

Тепло витрат:

Тоді вихідна температура потоків за умови витрат дорівнює:

(6.5)

+ 2021769,7

°С

Вихідне тепло алмазу складає:

Вихідне тепло з нікелем:

Вихідне тепло з марганцем:

Вихідне тепло NiSO₄:

Вихідне тепло MnSO₄:

Тепло, що виходить з сірчаною кислотою:

Тепло, що виходить з водою:

Вихідне тепло з Н₂:

Результати розрахунків зводимо у таблицю 6.2.

Таблиця 6.2 – Тепловий баланс