Синтез хлористого водорода.

Поступление тепла происходит за счет экзотермической реакции образования хлороводорода, расход тепла происходит за счет нагревания реагирующих веществ. Согласно краткому справочнику физико-химических величин, теплота образования хлористого водорода в интервале температур 298 – 2500 К составляет -92,3 кДж/моль.Теплоемкости реагирующих веществ [9, c.21-22]:Ср(Н2) = 28,83 Дж/(моль.К), Ср(Cl2) = 33,84 Дж/(моль.К),Ср(НCl) = 29,16 Дж/(моль.К),Ср(Н2O) = 33,56 Дж/(моль.К).Рассчитаем теплой баланс в печи:Так как количества веществ на 1 кг продукта равны:(3.12)(3.13)(3.14)(3.15) = 0,0274кмоль= 0,0151кмоль= 0,0144кмоль= 0,000055кмольОпределим статьи теплового баланса, исходя из уравнения реакций и данных о производительности установки [5, 6]:Выделяется тепла с химической реакцией:(3.16)кДжПоглотится тепла при нагревании веществ:(3.16)кДжкДжкДжВыделится тепла при охлаждении HСl до 500 0С (773 К) на выходе из химического реактора (печи):кДжСледовательно, от системы необходимо отвести:(3.17)кДжТаблица 5. Тепловой баланс процесса (2000 кг HCl/сутки при 2230 К)ПриходРасходСтатья приходаТеплота, кДжСтатья расходаТеплота реакции, кДжТеплота химической реакции5386,84Нагревание Н21682,12Теплота с HCl2328,24Нагревание Cl21882,9Нагревание Н2О7,13Теплоотбор от печи4142,84Итого:7714,99(тепло выделяется)Итого:7714,99(тепло поглощается)3.4 Расчёт объема факелаОбъем факела рассчитаем как сумму объемов газов-реагентов и продуктов реакции по уравнению Менделеева-Клапейрона. Сырье и продукты реакции циркулируют в аппарате при атмосферном давлении.Приведенный расчет факела достаточно условен, так как точный расчет требует значительного математического аппарата и большего количества исходных данных.При ламинарном течении скорость потока, v0, и геометрия горелки не влияют на величину скорости распространения фронта пламени, что количественно объясняет форму ламинарного фронта, специальные исследования показывают, что ширина фронта на основной части длины ламинарного пламени остается постоянной . в пределах точности измерений она не зависит от скорости ламинарного течения, размеров и формы элементов горелки.Реакция горения водорода в хлоре протекает непрерывно. Рассчитаем скорость подачи газов исходя из их объемов и производительности установки.Объем поступающих газов в секунду равен:(3.20)где Р – атмосферное давление – 1,013.105 кПа,Т – температура реакционной смеси – 2230 К,R- универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/(моль.К),2000 – коэффициент пересчета на суточную производительность,24 – количество часов в сутках,3600 – количество секунд в часах.В итоге имеем:м3/см3/см3/см3/сДля круглой горелки диаметром d = 5 мм объем факела определяется по уравнению:(3.21)где - объем холодного конуса, м3,- объем фронта пламени.После преобразования данной формулы, как показано в [10, с. 9 - 10],для круглой горелки следующее уравнение:(3.22)где d – диаметр горелки, 5 мм., - ширина фронта пламени (примем равной 10 мм),W – объем поступающей горючей смеси,U – скорость движения горючей смеси.м33.5 Расчет поверхности теплопередачиРассчитаем поверхность теплообмена, необходимую для охлаждения отводящегося продукта реакции – хлороводорода.Уравнение для расчета поверхности теплообмена:(3.23)где - величина отводимой теплоты, 4142840 Дж.К –коэффициент теплопередачи для водяного теплообменника, для свободного движения конденсирующегося пара по отношению к жидкости составляет 300 – 1200 Вт/(м2.К). Выберем среднее значение 750 Вт/(м2.К). - разность отводимых температур, равная 2230 – 773 = 1452 К.м2= 4 м2Подберем кожухотрубчатый теплообменникпо ГОСТ 15118-79[11].Таблица 6. Параметры кожухотрубчатого теплообменника Площадь теплообмена, S, м2ДиаметркожухаD, ммЧисло труб,nДлина трубl, мd трубST * 10-2SM * 10-2SB П * 1024,027361120х20,71,01,2ЗАКЛЮЧЕНИЕСформулируем ключевые положения представленной курсовой работы.Хлороводородявляетсяважным химическим продуктом, производимым в огромном количестве. Это известный лабораторный реактив, применяемый и как газ, и как его водный раствор – хлороводородная кислота. В настоящее время для многотоннажного производства хлороводородашироко применяют прямой синтез – реакцию водорода с хлором. Для данной реакции не требуется катализатор, а источники водорода и хлора относительно легкодоступны, так как оба газа являются продуктами электролиза водных растворов любых солей-хлоридов.Для рассматриваемого в данной работе малотоннажного производства хлороводорода оптимально подойдет наиболее простой и распространенный реактор вертикального типа, представляющий собой двухконусную стальную печь с естественным воздушным охлаждением. В таких печах тепловая нагрузка стенок обеспечена равномерная, из-за схожести формы печи близка с формой факела. Корпус печи изготовлен из восьмимиллиметровой листовой стали.В практической части данной работы был произведен подробный материальный и тепловой расчет оборудования, в соответствующих таблицах представлены материальный и тепловой баланс для данного процесса, рассчитан объем факела (0,022 м3) и подобран теплообменник площадью 4,0 м2 для осуществления технологического процесса.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫГОСТ 857-95. Кислота соляная синтетическая техническая. – М.: ГОССТАНДАРТ России, 1995 – 15 с.Анштейн В.Г., Захаров М.К., Носов Г.А. и др. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии.- М.: Логос- 2003. - 550 с. Ахметов Т.Г.. Химическая технология неорганических веществ в 2кн. Книга 2. – М.: Логос,2002. - 533с. Грошева Л.П. Основы материального баланса. Методическое пособие. - Великий Новгород, НГУ, 2006. - 14 с.Левинский М.И., Мазанко А.Ф., Новиков И.Н. Хлористый водород и соляная кислота М.: Химия, 1985. - 160 с.Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Под ред. П. Г. Романкова. - 10-е изд., перераб. и дополненное - Ленинград: Химия, 1987 год. - 572 с.Позин М.Е., Зинюк Р.Ю. Физико-химические основы неорганической технологии. - СПб.: Химия, 2003. - 437 с. Соколов Р.С. Химическая технология. Том 1. Химическая технология: Учеб.пособие для студ. высш. учеб, заведений: В 2 т. — М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2010.–368 с.Cправочник физико-химических величин / [Сост.: Н. М. Барон и др.]; Под ред. А. А. Равделя, А. М. Пономаревой. - 10-е изд., испр. и доп. - СПб. : Иван Федоров, 2002. – 237с.Структура и расчёт газового факела. Под ред. Ю.В. Крыжановского. - К. :«ОсвітаУкраїни», 2012 - 96 с.Теплообменники и холодильников кожухотрубчатые по ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15120-79 и ГОСТ 15122-79 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.chemiemania.ru/chemies-9704-1.html