Khối lượng maleic tạo ra: G4= 65,02 (kg/h) Khối lượng maleic mất mát 3%: 1.95 (kg/h)
Khối lượng CO2 tạo thành: G5= 58,38+1,84=60,22 (kg/h) Khối lượng H2O tạo thành : G6 =23,68+1,13= 24,81 (kg/h) Khối lượng CO tạo thành: G7 = 1,17 (kg/h)
Khối lượng Quinol tạo thành: G8 = 2,25 (kg/h)
Khối lượng C6H6 còn dư: G1’=56,15-54,47=1,68 (kg/h)
Khối lượng O2 còn dư: G2’=5,22 (kg/h)
Khối lượng N2 không tham gia phản ứng: G3 =392,89 (kg/h) Bảng 13: Cân bằng vật chất tại tháp phản ứng Dòng vật chất vào Dòng vật chất ra C6H6 O2 N2 57,19 104,44 392,89 Maleic CO2 H2O 65,02 60,22 24,81
CO Quinol C6H6 còn dư O2 còn dư
N2 không tham gia phản ứng 1,17 2,25 1,68 5,22 392,89 Tổng 554,52 *mất mát 1,95 554,31
4. Cân bằng nhiệt lượng.
Hỗn hợp đi vào gồm các cấu tử C6H6, O2, N2, Toluene, xylene.
Hỗn hợp sau phản ứng đi ra gồm các cấu tử:maleic,CO2,H2O,CO,Quinol,C6H6
còn dư,O2 còn dư.
Do phản ứng xảy ra trong thiết bị phản ứng, tỏa ra một lượng nhiệt khá lớn nên ta cần khống chế nhiệt độ trong thiết bị phản ứng để đạt được hiệu suất cao nhất. vì vậy ta cần lựa chọn tác nhân khống chế nhiệt là nước.
-Nhiệt độ đầu của nước là 350C -Nhiệt độ cuối của nước là 2000C
- khối lượng riêng của nước ρ= 1000 (kg/h)
Dựa vào khối lượng riêng và nhiệt độ đầu, nhiệt độ cuối của nước ta tra được: [192-6]
Nhiệt dung riêng của nước ở 350C: Cp= 0,42 (kcal/kg.độ) Nhiệt dung riêng của nước ở 1000C: Cp= 0,45 (kcal/kg.độ) Một số kí hiệu dùng để tính toán:
Q1: nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào (kcal/h) Q2: nhiệt lượng do tac nhân làm mát mang vào (kcal/h) Q3: nhiệt lượng do phản ứng tạo ra (kcal/h)
Q4: nhiệt lượng do sản phẩm mang ra ( kcal/h) Q5: nhiệt lượng do tác nhân làm mát lấy ra (kcal/h) Q6: nhiệt lượng do mất mát
Qra : nhiệt lượng ra khỏi thiết bị phản ứng ((kcal/h)
*Nhiệt lượng mang vào thiết bị phản ứng:
Nhiệt dung riêng của từng nguyên liệu ở 2500C: CpC6H6 = 1,1(kcal/kg.độ) [195-6]
CpO2 = 0,25 (kcal/kg.độ)[197-6] CpN2 = 0,26(kcal/kg.độ) [197-6]
Nhiệt lượng từng cấu tử mang vào được tính theo công thức: Qi = Gi.Cpi.t (kcal/h)
Trong đó:
Gi: lưu lượng của cấu tử (kg/h)
Cpi : nhiệt dung riêng của cấu tử (kcal/kg.độ) t: nhiệt độ của cấu tử (oC)
Hỗn hợp đi vào thiết bị phản ứng ở 250oC và lưu lượng như sau: G1= 57,19(kg/h)
G2 = 104,44 (kg/h) G3 = 392,89 (kg/h)
Áp dụng vào công thức ta có:
- Nhiệt lượng benzene mang vào
QC6H6 = 57,19.1,1.250 = 15727,25 (kcal/h)
- Nhiệt lượng oxi mang vào
QO2 = 104,44,0,25.250 = 6527,5 (kcal/h)
- Nhiệt lượng nito mang vào
QN2 = 392,89.0,26.250 = 25537,85 (kcal/h) Vậy nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào là:
• Nhiệt lượng do tác nhân làm mát mang vào:
Nhiệt dung riêng của nước ở 350C: Cp= 0,42 (kcal/kg.độ) Lưu lượng tác nhân làm mát Glm(kg/h)
Q2=Glm.0,42.35=14,7.Glm(kcal/h)
• Nhiệt lượng do phản ứng tạo ra:
C6H6 + 4,5O2 → C4H2O3 + 2CO2 + 2H2O ΔH0
289=-1470kJ/mol=-351,1 (kcal/mol) Đây là phản ứng tỏa nhiệt ΔH0
289 =-351,1 (kcal/mol),theo phản ứng thì khi tạo thành 1 mol maleic (98g maleic)thu được lượng nhiệt tạo ra là -351,1 (kcal/mol). Do đó khi tạo thành 65,02kg maleic thì lượng nhiệt tạo ra tương ứng là:
(kcal/h)
C4H10 +5,5 O2 → 2CO + 2CO2 +5 H2O ` ΔH0
289=-2040kJ/mol = -487,24 (kcal/mol)
Tương tự nhiệt lượng do phản ứng phụ tạo ra:20367,58 (kcal/h) Q3 = 231944,1 + 20367,58= 232311,68 (kcal/h)
Nhiệt lượng vào thiết bị phản ứng:
Qvào = Q1 + Q2 +Q3=232311,68 +47792,6 +14,7.Glm (kcal/h)
*Nhiệt lượng ra khỏi thiết bị phản ứng
Nhiệt dung của các sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng:[197-6]
- Nhiệt dung riêng của maleic ở 350oC CpC4H2O3 = 0,38 (kcal/kg.độ)
- Nhiệt dung riêng của benzene ở 350oC CpC6H6 = 1,2 (kcal/kg.độ)
- Nhiệt dung riêng của oxi ở 350oC CpO2 = 0,25(kcal/kg.độ)
- Nhiệt dung riêng của nito ở 350oC CpN2 = 0,26(kcal/kg.độ)
- Nhiệt dung riêng của CO2 ở 350oC CpCO2= 0,26(kcal/kg.độ)
- Nhiệt dung riêng của CO ở 350oC CpCO= 0,15(kcal/kg.độ)
CpH2O= 0,47(kcal/kg.độ)
- Nhiệt dung riêng của quinol ở 350oC CpQui = 0,42(kcal/kg.độ)
Hỗn hợp sản phẩm ra khỏi tháp phản ứng gồm:maleic, CO2, CO, nước, benzene dư, oxi dư, nito không phản ứng:
Q4= QMa + QCO2 +QCO +QH2O + QQui + QC6H6du + QO2du + QN2
Nhiệt lượng từng cấu tử ra khỏi tháp được tính theo công thức: Qi = Gi.Cpi.t (kcal/h)
Lưu lượng các cấu tử ra khỏi tháp:
Lưu lượng maleic G4 = 65,02(kg/h)
Lưu lượng CO2 G5= 60,22(kg/h)
Lưu lượng nước G6=24,81(kg/h)
Lưu lượng CO G7 = 1,17(kg/h)
Lưu lượng Quinol G8 = 2,25(kg/h) Lưu lượng benzene dư G1’ = 1,68(kg/h)
Lưu lượng oxi G2’ = 5,22(kg/h)
Lưu lượng nito G3= 392,89(kg/h)
Áp dụng vào công thức ta có:
- Nhiệt lượng maleic mang ra
QMa = 65,02. 0,38.350=8647,66 (kcal/h)
- Nhiệt nhiệt lượng CO2 mang ra
QCO2 = 60,22.0,26.350=5480,02 (kcal/h)
- Nhiệt nhiệt lượng COmang ra QCO = 1,17.015.350=61,425(kcal/h)
- Nhiệt nhiệt lượng nướcmang ra
QH2O = 24,81.0,47.350 = 4081,245 (kcal/h)
- Nhiệt nhiệt lượng Quinol mang ra QQui = 2,25.0,42.350 =330,75 (kcal/h)
- Nhiệt nhiệt lượng benzene dư mang ra QC6H6du = 1,68.1,2.350 =705,6 (kcal/h)
- Nhiệt nhiệt lượng oxi dư mang ra QO2du = 5,22.0,25.350 =456,75 (kcal/h)
QN2= 392,89. 0.26.350 = 35752,99 (kcal/h) Vậy nhiệt lượng sản phẩn ma ra là:
Q4 = 8647,66 + 5480,02 + 61,425 +4081,245 +330,75 +705,6 +456,75 +35752,99
=55516,44 (kcal/h)
Nhiệt dung của tác nhân nhiệt (nước) 1000C CpH2O = 0,46 (kmol/kg.độ)
Nhiệt lượng tác nhân làm mát đem ra: Q5 = Glm.0,46.100= 46.Glm
Nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh 3%
Q6 = 3%(55516,44 +46Glm) = 1165,44 + 1,38Glm
Qra = Q4 + Q5+ Q6 = 56681,94 + 47,38Glm
Với Qvào = Qra
232311,68 +47792,6 +14,7.Glm = 232311,68 +47792,6 +14,7.Glm
Glm =6836,67 (kg/h)
Thế Glm vào biểu thức ta tính được Qvào = Qra =380603,33 (kcal/h)