Розрахунок реактора
m Fe2O3 = 1000 * 0,88 = 880 кг
m Cr2O3 = 1000 * 0,09 = 90 кг
m H2O = 1000 * 0,03 = 30 кг.
Розраховуємо кількість прореагувавших речовин з урахуванням ступеня розчинення:
m Fe2O3 = 880 * 0,7 = 616 кг
m Cr2O3 = 90 * 0,59 = 53,1 кг
Розраховуємо кількість сірчаної кислоти , необхідної для розчинення:
по першій реакції:
m1 H2SO4 = 616 * 3* 98 / 160 = 1131,9 кг
по другій реакції:
m2 H2SO4 = 53,1 * 3 * 98 / 152 = 102,7 кг
Сумарна кількість прореагувавшої кислоти:
m H2SO4 = 1131,9 + 102,7 = 1234,6 кг
З обліком 25%-го надлишку необхідно подати кислоти:
m H2SO4 = 1234,6 * 1,25 = 1543,25 кг
Так як використовується 30%-ва кислота, витрата розчину кислоти складе:
m р-на H2SO4 = 1543,25 / 0,3 = 5144,2 кг
З кислотою приходить води:
m H2O = 5144,2 - 1543,25 = 3600,95 кг
Розраховуємо кількість продуктів, що утворяться в результаті реакції:
по першій реакції:
m Fe2 (SO4)3 = 616 * 400 / 160 = 1540 кг
m1 H2O = 616 * 3 * 18 / 160 = 207,9 кг
по другій реакції:
m Cr2 (SO4)3 = 53,1 * 392 / 152 = 136,9 кг
m2 H2O = 53,1 * 3 * 18 / 152 = 18,87 кг
Усього реакційної води:
m H2O = m1 H2O + m2 H2O = 207,9 + 18,87 = 226,77 кг
Кількість непрореагувавших компонентів:
m Fe2O3 непр = 880 – 616 = 264 кг
m Cr2O3 непр = 90 - 53,1 = 36,9 кг
m H2SO4 непр = 1543,25 - 1234,6 = 308,65 кг
Кількість води у витраті:
m H2O = m H2O сировини + m H2O з роз-на + m H2O реакц. =
30 + 3600,95 + 226,77 = 3857,72 кг
Дані розрахунку зводимо в таблицю.
Таблиця 2.1
Матеріальний баланс стадії розчинення.
|
Прихід |
Витрати | ||||
|
Потік |
кг |
% |
Потік |
кг |
% |
|
1.Сировина, |
1000 |
Fe2 (SO4) 3 |
1540 |
25,07 | |
|
в т.ч. |
Cr2 (SO4) 3 |
136,9 |
2,23 | ||
|
Fe2O3 |
880 |
14,32 |
H2O |
3857,72 |
62,78 |
|
Cr2O3 |
90 |
1,47 | |||
|
H2O |
30 |
0,49 | |||
|
2.Розчин |
5144,2 |
Fe 2O3непр |
264 |
4,3 | |
|
кислоти |
Cr2O3непр |
36,9 |
0,6 | ||
|
в т.ч. |
H2SO4непр |
308,65 |
5,02 | ||
|
H2SO4 |
1543,25 |
25,12 | |||
|
H2O |
3600,95 |
58,6 | |||
|
Разом |
6144,2 |
100 |
Разом |
6144,17 |
100 |
2.2 Розрахунок теплового балансу
По довідниках термодинамічних величин знаходимо теплоємнисть і ентальпию речовин [6, 7, 8, 9].
Таблиця 2.2
Термодинамічні властивості речовин.
|
Речовина |
Теплоємність,с,Дж/моль*◦С |
Ентальпия, ΔН, кДж/моль |
|
Fe2O3 |
103,76 |
-822,16 |
|
Cr2O3 |
104,52 |
-1140,56 |
|
H2SO4 |
138,91 |
-813,99 |
|
H2O |
75,3 |
-285,83 |
|
Fe2 (SO4) 3 |
394,5 |
-2584 |
|
Cr2 (SO4) 3 |
281 |
-3308 |
Розраховуємо тепловий ефект реакції:
ΔНр1 = ( ΔН Fe2 (SO4)3 + 3 * ΔН H2O) - (ΔH Fe2O3 + 3 * ΔH H2SO4) =
= (-2584 – 3 * 285,83 ) - (-882,16 – 3 * 813,99) = -117,36 кДж/моль
ΔНр2 = (ΔН Cr2 (SO4)3 + 3 * ΔH H2O) - (ΔH Cr2O3 + 3 * ΔH H2SO4) =
= -3308 – 3 * 285,83 + 1140,56 + 3 * 813,99 = -582,96 кДж/моль
Так як обидві реакції екзотермічні, то теплоту хімічних реакцій записуємо в прихід.
