Окисление аммиака

Тип работы:
Контрольная
Предмет:
Химия


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Тольяттинский Государственный Университет

Контрольная работа

По дисциплине:

«Общая химическая технология»

по теме:

«Окисление аммиака»

Тольятти 2009 г.

Содержание

1. Задание

2. Материальный баланс

3. Количественный состав

4. Тепловой эффект при 100°С

4.1. Тепловой эффект при 300°С

5. Физическое тепло реагентов

6. Суммарная величина статей прихода тепла

7. Температура в зоне реакции

8. Физическое тепло продуктов

9. Тепловой баланс

10. Изменение свободной энергии системы

тепловой баланс реакция окисление аммиак

1. Задание

Определить количественный состав продуктов, тепловой эффект реакции и температуру в зоне реакции, изменение энергии Гиббса.

Представить материальный и тепловой балансы процесса.

4NH3 + 6NO > 5N2 + 6H2O

Схема движения материальных потоков:

Состав NO — содержащего газа: NO — 0,1%; Н2 — 25,9%; N2 — 74%.

Температура 300 °C.

Конверсия NO — 90%.

NH3 содержит 1% влаги, подаётся с избытком 1,08 при температуре 100 °C.

Расчёт вести на 1 т NO — содержащего газа.

Выполнение расчетов по заданию 10го варианта

2. Материальный баланс процесса

1) приведенная мольная масса NO — содержащего газа:

М = (0,001Ч17)+(0,259Ч2)+(0,74Ч28) = 21,254

2) объем 1000 кг этого газа при нормальных условиях:

21,254 кг — 22,4 м3

1000 кг — V

V = 1053, 91 м3

3) состав газа:

1053,91 м3 — 100%

VNO — 0,1%

VNO= 1,0539 м3

nNO кмоль

mNO= 0,047Ч30 = 1,41 кг

VH2= 272,96 м3

nH2 кмоль

mH2= 12,19Ч2 = 24,37кг

VN2 = 779,9 м3

кмоль

= 34,82Ч28 = 974,87 кг

4) количество конвертированного газа NO

1,0539Ч0,9 = 0,95 м3

5) количество оставшегося NO

1,0539 — 0,95 = 0,1 м3

nNO = 0,1/22,4 = 0,0047 кмоль

mNO = 0,0047Ч30 = 0,14кг

6) теоретическая потребность в аммиаке

Потребность в аммиаке определятся на основании реакции химического взаимодействия. На шесть объемов оксида азота необходимо четыре объема NH3, тогда на 0, 047 м³ NO теоретически необходимо

VNH31,4 м3

7) с учетом избытка аммиака должно быть подано

1,4Ч1,08 = 1,5 м3

кмоль

= 0,067Ч17 = 1,15кг

8) количество аммиака вступившего в реакцию

На окисление четырёх объёмов аммиака необходимо шесть объёмов NO. На окисление 0,95 м3 NO необходимо

1,26 м3

1,26/22,4 Ч17= 0,96кг

9) количество образовавшихся Н2О и NО

По уравнению реакции из шести объемов NО получается шесть объемов Н2О. Следовательно, в данном случае получится 0, 95 м3(6NО), и 0, 95 м3 (6H2O),

nH2O = 0,95/22,4 = 0,042кмоль

= 0,04Ч18 = 0,76кг

10) полученные данные сводятся в таблицу материального баланса

Приход

Расход

Вещество

кг

м3

кмоль

Вещество

кг

м3

кмоль

NH3

1,15

1,5

0,067

H2Ог

0,76

0,95

0,042

H2

24,37

272,96

12,19

H2

24,37

272,96

12,19

N2

974,87

779,9

34,82

N2

974,87

779,9

34,82

NO

1,41

1,0539

0,047

NO

0,46

0,368

0,022

ИТОГО:

1001,8

1055,4

47,124

NH3

0,96

1,26

0,05

ИТОГО:

1001,8

1055,4

47,124

3. Количественный состав продуктов

В условиях реакции все продукты получаются в газовой фазе. Состав газовых смесей принято выражать в объемных процентах

1053,91 м3 — 100%

1,26 м3 — х

х = 10,026%

H2Ог — 10,026%об.

N2 — 82,31%об.

NО — 3,88%об.

NH3 — 13,29%об.

4. Тепловой эффект реакции при стандартных условиях (20°С)

Тепловой эффект реакции определяется на основании закона Гесса.

1) величины теплот образования веществ, принимающих участие в реакции.

Нобр. NH3 = -46,19 кДж/кмоль

Нобр. H2Ог = -241,84 кДж/кмоль

Нобр. NO = 90,37кДж/кмоль

тепловой эффект реакции при стандартных условиях (200С)

Н293 = 4*(-46,19) + 6*90,37 +6*(-241,84) = -1094 кДж

Реакция экзотермическая. Н293= -1094кДж

4. 1 Тепловой эффект реакции при температуре в зоне реакции

Пересчет величины теплового эффекта реакции к конкретным условиям проводится:

1) пользуясь точными уравнениями температурной зависимости теплоемкостей; 2) при помощи теплосодержаний.

Проводим расчет при помощи значений теплосодержаний.

Допустим, в данном случае, температура в зоне реакции 3000С.

1) нахождение значений теплосодержащих веществ по справочным данным

По справочным данным значения теплосодержаний веществ при 200С и при 3000С следующие:

Вещества

Н, кДж/кмоль

1000C

3000C

NH3

3620

11 800

N2

2870

8800

H2O

3320

10 330

NO

2900

8860

2) изменение теплосодержания веществ, участвующих в реакции, при 3000С по отношению к стандартному состоянию их (при 200С).

НNH3 = 11 800 — 3620*0,2= 11 076 кДж/кмоль

НNO = 8860 — 2900*0,2 = 8280 кДж/кмоль

НN2 = 8800 — 2870*0,2 = 8226 кДж/кмоль

НH2O = 10 330 — 3320*0,2 = 9666 кДж/кмоль

3) теплосодержание начальных и конечных веществ при температуре 3000С по отношению к стандартному

Нн = 4*11 076 + 6*8280 = 93 984 кДж

Нк = 5*8226 + 6*9666 = 99 126 кДж

4) тепловой эффект реакции при 3000С

Н573 = Н293 — (Нк — Нн)

Н573 = Н293 — (99 126- 93 984) = -1094 +5142 = 4048,4 кДж

Реакция эндотермическая.

Н573 = 4048,4кДж

5) тепловой эффект реакции при 3000С на 0,022 кмоль NО

Н573 = (4048,4 *0,022)/2 = 44,53 кДж

5. Физическое тепло реагентов

1) теплоемкость веществ по справочным данным

СNH3 = 33,2 кДж/кмоль*град

CN2 = 28,7 кДж/кмоль*град

СNO = 29,0 кДж/кмоль*град

2) физическое тепло компонентов материального потока на входе в аппарат:

QФ = n*c*t

QфNH3 = 0,067*39,4*100 = 263,98 кДж

QфNO = 0,047*29,9*100 = 140,53 кДж

QфN2 = 34,82*29,4*300 = 307 112,4 кДж

Общее количество физического тепла составляет 307 516,91 кДж

6. Суммарная величина статей прихода тепла

4048,4 + 102 775,3 = 311 565,31кДж

7. Температура в зоне реакции

1) предполагая, что температура в зоне реакции 3000С, находим соответствующие значения теплоемкостей продуктов

СNH3 = 39,4кДж/моль*град

СH = 34,5 кДж/моль*град

СNO = 29,9 кДж/моль*град

CN2 = 29, 4 кДж/моль*град

2) среднее значение теплоемкости продуктов

= (0,067*39,4 + 0,042*34,5 + 0,047*29,9 + 34,82*29,4)/47,124=21,84 кДж/моль*град

температура в зоне реакции

= 302,73°С

8. Физическое тепло продуктов

QфNH3 = 0,05*39,4*300 = 591кДж

QфNO = 0,022*29,9*300 = 197,34 кДж

QфN2 = 34,82*29,4*300 = 307 112,4кДж

QфH2O = 0,042*34,5*300 = 448,56 кДж

Итого: 308 404,7 кДж

9. Тепловой баланс процесса

Полученные расчетные данные представляются в виде таблицы

Статьи прихода

кДж

Статьи расхода

кДж

Нр-ции

44,53

QфNH3

591

QфNH3

263,98

QфH2О

448,56

QфNO

140,53

QфN2

307 112,4

QфN2

307 112,4

QфNO

197,34

ИТОГО:

307 561,4

Qпотерь

787,86

ИТОГО:

308 335,4

Потери тепла в данном расчете составляет 0,25% от прихода. Практически, потери тепла от реактора могут составлять до 20%.

10. Изменение свободной энергии системы

G = H — T*S

Численные значения энтропии

SNH3 = 192,5 кДж/моль*град

SН2О = 188,4 кДж/моль*град

SN2= 191, 5 кДж/моль*град

SNO =210, 62 кДж/моль*град

S = 4*192,5 + 6*188,4 — 5*210,62 — 6*191,5 = 1804,5 кДж/кмоль*град

G = -1094 — [293*1804] = -529 812,5 кДж/кмоль

Отрицательное значение термодинамического потенциала свидетельствует о том, что протекание реакции не вызывает затруднений.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой