Тепловой баланс стадии диазотирования

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 Gi н × cp × Tн ;

Q4 = S Gjк × cp × Tк ,

Giн , Gjк - масса исходных веществ и продуктов реакции, кг ;

срн , срк - удельные теплоемкости исходных веществ и продуктов реакции,

кДж / кг× К ;

Tн ,Tк - 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

сра - атомные теплоемкости элементов, кДж/ кг× К ;

n - число одноименных атомов в молекуле ;

M - молекулярная масса соединения, кг/ кмоль.

сР1 = (8 × 7,53 + 13 × 9,62 + 1 × 11,3) / 121 = 1,63 кДж / кг× К

сР2 = (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.

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 ;

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

d - избыток нитрита натрия от теоретического количества, %.

Теплота реакции диазотирования qP 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

qP = 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.

qP = 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 = GАП × cР ап × ( TК ап - TН ап ),

где GАП - масса отдельных частей аппарата, кг

GАП = 1350 кг ;

сР ап - теплоемкость материала, из которого изготовлен аппарат, кДж/ кг× К

сР Ti = 0,549 кДж/ кг× К ;

TК ап , TН 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 × D tср × 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 dзм=2,040 м ,

диаметр трубы змеевика dтр= 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 :

Похожие работы

Производство красителя Кислотного алого

Скачать

78025

33

9

... , материалов и полупродуктов, готовой продукции, отходов производства особенностями используемого оборудования и условиями его эксплуатации нарушением рабочими техники безопасности 13.3.1 Наличие в производстве красителя «Кислотный алый» химических веществ, обладающих вредными воздействиями на организм человека. Вредными воздействиями на организм человека обладают: метоксилидин, Р-соль, соль ...

Получение синтетических красителей реакцией азосочетания на примере синтеза 3-окси-4-карбоксиазобензола

Скачать

47982

3

29

... синтетическим красителям и цели работы. Новые материалы требуют новых красителей, а потому тема по синтезу красителей всегда остаётся актуальной. Цель данной работы – синтез 4-окси-3-карбоксиазобензола, который является представителем большого класса азокрасителей. На примере его получения изучить условия проведения реакций диазотирования 4-окси-3-карбоксиазобензола и реакции. 2. Современная ...

Производство шлакопортландцемента мокрым способом

Скачать

33895

6

0

... по ряду данных почти на 20–30% снижает расход топлива по сравнению с мокрым способом, но при этом возрастают трудоемкость производства и расход электроэнергии. При производстве портландцемента мокрым способом применяют следующую технологическую схему. Поступающий из карьера твердый известняк с размерами кусков до 1 м подвергается одно-, двух- или трехстадийному дроблению в дробилках с доведением ...

Органические красители

Скачать

27413

0

3

... и дефицитных пищевых кислот и растворителя которые к тому же частично теряются в процессе извлечения красящих веществ из выжимок винограда. Экстракты, приготовленные на водных растворах органических кислот нестойки к действию микроорганизмов. В опытах по окрашиванию изделий вручную отвешивали порцию свежеприготовленной горячей карамельной массы в количестве 20 кг. в которую добавляли ...