Производство красителя Кислотного алого

1. Диазосоединение с выходом 96,75%.

m ДИАЗО = 168,5 ( 1,0 ( 0,967 = 163,0 кг

2. Примеси от реакции.

m ПР = (168,5 1,0 ( 0,033 = 5,5 кг

3. Хлорид натрия.

m NaCl = 58,5 ( 1,1 = 64,4 кг

4. Избыток соляной кислоты.

m 100% HCl = 36,5 ( [ 2,52 - ( 1,1 + 1,0 )] = 15,3 кг

5. Серная кислота.

m H2SO4 = 98 ( 0,1 = 9,8 кг

6. Отходящие газы.

m N2 = 28 ( 0,1 = 2,8 кг

7. Вода, образующаяся в ходе реакции диазотирования.

m H2O = 18 ( ( 2 ( 1,0 + 0,1 ) = 37,8 кг

8. Вода по статьям расхода.

( m ВОДА РАСХ = 2761,4 + 37,8 = 2799,2 кг

| |кг |кмоль | |кг | |

|1. метоксилидин |121,0 |1,00 |диазоксилол |163,0 | |

|2. вода |24,8 | |NaCl |64,4 | |

|Соляная кислота |334,5 | |Примеси органика |5,5 | |

|1. HCl |92,0 |2,52 |HCl |15,3 | |

|2. вода |242,5 | |Вода |2799,2| |

|1. NaNO2. |75,9 |1,10 | |2,8 | |

|2. вода |177,1 | | | | |

|Вода |2200,0 | | | | |

|кислота состава: |130,0 | | | | |

|H2NSO3H |9,7 |0,1 | | | |

|Примеси |3,3 | | | | |

|Вода |117,0 | | | | |

|Итого |3063,3 | |Итого |3063,3| |

2 Приготовление раствора смеси Р-соли и Шеффер соли.

| |кг |% | |кг |% |

|Р-соль |1117,6|100,0 |Раствор смеси Р-соли|3822,6|100,0 |

|нафтолсульфокислот |285,0 | |смесь Р-соли и | |7,3 |

|примеси | |2,5 |Шеффер соли |279,1 | |

|серная кислота |27,9 |5,0 |аммиак | |6,2 |

|вода |55,9 |67,0 |примеси |7,6 |2,1 |

|Соль Шеффера |748,8 |100,0 |вода |80,3 |90,4 |

|состава: |125,0 | | |3455,6| |

|сумма | |40,0 | | | |

|нафтолсульфокислот |50,0 | | | | |

|примеси | |9,0 | | | |

|вода |11,3 |51,0 | | | |

|Аммиак водный |63,7 |100,0 | | | |

|состава: |280,0 | | | | |

|аммиак | |25,0 | | | |

|вода |70,0 |75,0 | | | |

|Вода |210,0 |100,0 | | | |

| |2300,0| | | | |

|Итого |3822,6|100 |Итого |3822,6|100 |

3 Получение и выделение готового красителя.

| |кг |% | |кг |% |

|Раствор диазоксилола |2910,3|100 |Суспензия готового |9835,9|100,0 |

|NaCl |163,0 |1,9 |паста готового | |8,1 |

|Органические продукты |55,3 |1,6 |красителя |796,7 | |

|разложения |46,6 | |NH4Cl | |0,6 |

|HCl | |0,3 |NaCl |59,0 |13,3 |

|вода |8,7 |90,6 |Р-соль |1308,2|0,2 |

|Раствор смеси Р-соли и |2636,7|100,0 |Органические | |0,5 |

|состава: |2910,3| |примеси |49,1 |0,3 |

|смесь Р-соли и Шеффер | |7,3 |вода | |77,0 |

|соли | | | |29,5 | |

|аммиак |163,0 |6,2 | |7573,7| |

|примеси |55,3 |2,1 | | | |

|вода |46,6 |90,4 | | | |

|Соль поваренная | |100,0 | | | |

|Асидол |8,7 |100,0 | | | |

|Вода |2636,7|100,0 | | | |

| | | | | | |

| |1200,0| | | | |

| | | | | | |

| |3,0 | | | | |

| |1900,0| | | | |

|Итого |9835,9|100 |Итого |9835,9|100 |

4 Фильтрация готового красителя.

| |кг |% | |кг |% |

|Суспензия готового |9835,9 |100,0|Паста готового |2176,5|100,0|

|красителя | |8,1 |NH4Cl |731,3 |33,6 |

|NH4Cl |59,0 | |NaCl |2,2 |0,1 |

|NaCl |1308,2 |0,6 |Органические |243,8 |11,2 |

|Р-соль |19,7 |13,3 |продукты разложения |2,2 |0,1 |

|Органические продукты |49,1 |0,2 |примеси | | |

|разложения | |0,5 |вода |2,2 |0,1 |

|примеси |29,5 | |Фильтрат |1194,8|54,9 |

|вода |7573,7 |0,3 |состава: | |100,0|

| | |77,0 |готовый краситель |7659,4| |

| | | |NaCl | |0,2 |

| | | |Р-соль |15,3 |0,7 |

| | | |Органические |53,6 |13,2 |

| | | |продукты разложения |1011,0|0,2 |

| | | |примеси | |0,6 |

| | | |вода |15,3 | |

| | | | |46,0 |0,3 |

| | | | | |84,0 |

| | | | |23,0 | |

| | | | |6495,2| |

|Итого |9835,9 |100 |Итого |9835,9|100 |

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 = ( Gi н ( cp ( Tн ;

Q4 = ( 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 :

[pic][pic]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.

| | |Удельная |

|№ |Наименование |теплоемкость ср ,|

| | | |

| | |кДж/ кг(К |

|1 |Метоксилидин |1,63 |

|2 |Диазосоединение |1,28 |

|3 |Нитрит натрия |1,03 |

|4 |Соляная кислота |0,99 |

|5 |Хлорид натрия |0,90 |

|6 |Серная кислота |1,71 |

|7 |Вода |4,18 |

Тепловой эффект процесса диазотирования Q3 может быть выражен из следующего

равенства :

[pic]

где G1 - масса загружаемого амина, кг ;

с1 - содержание чистого вещества в исходном амине, масс. доли ;

М1 - молекулярная масса амина, кг/ кмоль ;[pic]

- выход в реакции диазотированния, вес. доли ;

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

( - 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 ( (tср ( ( ,

где К - среднее значение коэффициента теплопередачи, кВт/ м2(К ;

F - поверхность теплообмена аппарата, м2 ;

[pic]- среднелогарифмическая разность температур, К ;

( - продолжительность стадии теплообмена, с.

Таким образом поверхность теплообмена можнт быть представлена как

[pic]

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

[pic]

Поверхность теплообмена одного витка принимается равной

[pic][pic]

Число витков змеевика

[pic].

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 :

[pic]

6.1 Определение количества теплоты Q2. отводимое хладагентом или

подводимое теплоносителем, для каждой стадии

I стадия.

Q3 = 0, так как не протекает никаких химических превращений.

Q1 + Q2 = Q4 + Q5 + Q6

Q2 = 1,05 ( Q4 + Q5 - Q1 )

Q4 = [92,00 ( 0,99 + (2200 + 244,5) ( 4,18 ] ( 271 = 2,79 ( 106 КДж

Q5 = 1350 ( 0,549 ( (271 - 293) = -1,63 ( 104 Дж

Q1 = [92,00 ( 0,99 + (2200 + 244,5( 4,18 ] ( 293 = 3,02 ( 106 КДж

Q2 = 1,05 (2,79 ( 106 - 1,63(104 - 3,02 ( 106) = -2,60 ( 105 КДж

II стадия.

Q3 = [ 121,0 ( 4,19 ( 1000 ( 3,15 ] / 121 = 1,32 ( 104 КДж

Q2 = 1,05 ( Q4 + Q5 - Q3 - Q1 )

Q4 = [121,00 ( 1,68 + 92,00 ( 0,99 + (2200 + 244,5+24,8) ( 4,18 ] ( 270

= 2,87 ( 106 КДж

Q5 = 1350 ( 0,549 ( (270 - 271) = - 0,74( 103 КДж

Q1 = 121,00 ( 1,63 ( 293 + 2,79 ( 106 = 2,85 ( 106 КДж

Q2 = 1,05 (2,87 ( 106 -1,32 ( 104 - 0,74( 103 -2,85 ( 106) = -1,63 (

104 КДж

III стадия.

Q5 = 0

Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q6

Q2 = 1,05 ( Q4 - Q1 - Q3 )

Q4 = [ 163,0 ( 1,28 + 14,7 ( 1,28 + 58,5 ( 0,9 + 15,3 ( 0,99 + 9,8 (

1,71 +

+ (2200 + 244,54+24,8+ 177,1 + 37,8) ( 4,18 ] ( 274 = 3,15 ( 106 КДж

Q1 = [121,00(1,68+92,00(0,99+76(1,03 + (2200+244,5+24,8+177,1)(4,18

](270

= 3,09(106 КДж

Q3 = [121(4,19((1000 ( 0,967 ( 23,81 + 34,5 ( 10) ] / 121 = 9,8 ( 104

КДж

Q2 = 1,05 (3,15 ( 106 - 3,09(106 - 9,8 ( 104) = -3,9 ( 104 КДж

6.2 Расчет поверхности теплообмена

I стадия.

В качестве хладоагента используется рассол с начальной температурой

-10(С и конечной температурой -5(С. Теплоемкость примем как для воды.

[pic]

Противоток:

[pic]

Прямоток:

[pic]

[pic][pic][pic]

Принимаем значение коэффициента теплопередачи [3] К=900 Вт/ м2·К.

Время охлаждения ( = 30 мин = 1800 с.

Расход рассола

[pic]

Поверхность теплообмена:

[pic]

Число витков змеевика:

[pic]

II стадия.

В качестве хладоагента используется рассол с начальной температурой

-10(С и конечной температурой -5(С.

[pic]

Противоток:

[pic]

Прямоток:

[pic]

[pic][pic][pic]

Принимаем значение коэффициента теплопередачи [3] К=900 Вт/ м2·К.

Время охлаждения ( = 10 мин = 600 с.

Расход рассола

[pic]

Поверхность теплообмена:

[pic]

Число витков змеевика:

[pic]

III стадия.

В качестве хладоагента используется рассол с начальной температурой

-10(С и конечной температурой -5(С.

[pic]

Принимаем значение коэффициента теплопередачи [3] К=900 Вт/ м2·К.

Время охлаждения ( = 20 мин = 1200 с.

Расход рассола

[pic]

Поверхность теплообмена:

[pic]

Число витков змеевика:

[pic] виток.

С учетом запаса поверхности теплообмена, принимаемого равным 30%, число

витков змеевика составит:

n = 2,31·(1+0,3) = 2,99 ( 3 витка.

Суммарный расход рассола с запасом = 1,3((6,9+1,3+1,55) = 12,68 кг/с

7 Ежегодные нормы расхода основных видов сырья, вспомогательных материалов

и промежуточных продуктов.

|№ |нормы расхода основных видов |нормы расхода основных видов |

| |сырья, вспомогательных материалов|сырья, вспомогательных материалов|

| |и промежуточных продуктов. [кг] |и промежуточных продуктов на 1 |

| | |тонну 100% красителя [кг] |

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6

МЕНЮ

Производство красителя Кислотного алого