Окисление аммиака

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Тольяттинский Государственный Университет

Контрольная работа

По дисциплине:

«Общая химическая технология»

по теме:

«Окисление аммиака»

Тольятти 2009г.

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°С.

Конверсия NO - 90%.

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

Расчёт вести на 1т NO - содержащего газа.

Выполнение расчетов по заданию 10^го 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 :

1053,91м³ - 100%

V_NO - 0,1%

V_NO= 1,0539 м³

n_NO кмоль

m_NO= 0,047Ч30 = 1,41 кг

V_H2= 272,96 м³

n_H2 кмоль

m_H2= 12,19Ч2 = 24,37кг

V_N2 = 779,9м³

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 = 0,1м³

n_NO = 0,1/22,4 = 0,0047 кмоль

m_NO = 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

V_NH31,4 м³

7) с учетом избытка аммиака должно быть подано

1,4Ч1,08 = 1,5м³

кмоль

= 0,067Ч17 = 1,15кг

8) количество аммиака вступившего в реакцию

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

1,26м³

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, 95м³(6NО), и 0, 95 м³ (6H₂O),

n_H2O = 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 %

1,26м³ - х

х = 10,026 %

H₂О_г - 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.

Н_обр.NH₃ = -46,19 кДж/кмоль

Н_обр.H₂О_г = -241,84 кДж/кмоль

Н_обр.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	11800
N2	2870	8800
H2O	3320	10330
NO	2900	8860

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

Н_NH3 = 11800 - 3620*0,2= 11076 кДж/кмоль

Н_NO = 8860 - 2900*0,2 = 8280 кДж/кмоль

Н_N2 = 8800 - 2870*0,2 = 8226 кДж/кмоль

Н_H2O = 10330 - 3320*0,2 = 9666 кДж/кмоль

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

Н_н = 4*11076 + 6*8280 = 93984 кДж

Н_к = 5*8226 + 6*9666 = 99126 кДж

4) тепловой эффект реакции при 300⁰С

Н₅₇₃ = Н₂₉₃ - (Н_к - Н_н)

Н₅₇₃ = Н₂₉₃ - (99126- 93984) = -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

С_NH3 = 33,2 кДж/кмоль*град

C_N2 = 28,7 кДж/кмоль*град

С_NO = 29,0 кДж/кмоль*град

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

Q_Ф = n*c*t

Q_фNH3 = 0,067*39,4*100 = 263,98 кДж

Q_фNO = 0,047*29,9*100 = 140,53 кДж

Q_фN2 = 34,82*29,4*300 = 307112,4 кДж

Общее количество физического тепла составляет 307516,91 кДж

6. Суммарная величина статей прихода тепла

4048,4 + 102775,3 = 311565,31кДж

7. Температура в зоне реакции

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

С_NH3 = 39,4кДж/моль*град

С_H2О = 34,5 кДж/моль*град

С_NO = 29,9 кДж/моль*град

C_N2 = 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

Q_фNH3 = 0,05*39,4*300 = 591кДж

Q_фNO = 0,022*29,9*300 = 197,34 кДж

Q_фN2 = 34,82*29,4*300 = 307112,4кДж

Q_фH2O = 0,042*34,5*300 = 448,56 кДж

Итого: 308404,7 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	307112,4
QфN2	307112,4	QфNO	197,34
ИТОГО:	307561,4	Qпотерь	787,86
		ИТОГО:	308335,4

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

S_NH3 = 192,5 кДж/моль*град

S_Н2О = 188,4 кДж/моль*град

S_N2= 191, 5 кДж/моль*град

S_NO =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] = -529812,5 кДж/кмоль

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

Размещено на Allbest.ru