Пример расчета

Составить материальный баланс производства терефталевой кислоты:

Исходные данные:

- пропускная способность по п-ксилолу, т/сут 100

- содержание п-ксилола в растворе (уксусная кислота), %масс 50

- конверсия п-ксилола, % 91

- избыток воздуха, %масс от стехиометрии 120

Уравнение процесса окисления: С₆Н₄(СН₃)₂ + 3О₂ 2Н₂О + С₆Н₄(СООН)₂

Схема материальных потоков:

где G₁ – количество п-ксилола в растворе, кг/ч

G₂ – количество воздуха, кг/ч

G₃ – количество исходной смеси, кг/ч

G₄ – количество реакционной смеси, кг/ч

G₅ – количество раствора терефталевой и уксусной кислот, кг/ч

G₆ – количество побочных продуктов, кг/ч

Уравнение материального баланса: G₁ + G₂ = G₅ + G₆

1. Рассчитать пропускную способность по п-ксилолу: Пс = 100 ∙ 1000 / 24 = 4166,6667 кг/ч

2.Рассчитать количество п-ксилола G₁:

Таблица 1 - Состав и количество п-ксилола

Качественный состав	Количественный состав
ω i, % масс	Gi , кг/ч
п-ксилол		4166,6667
Уксусная кислота		4166,6667
Итого		8333,3334

3.Рассчитать количество п-ксилола с учетом конверсии:

4166,6667 кг/ч – 100%

G (п-ксилола) – 91%

G (п-ксилола) = 3791,6667 кг/ч

4. Рассчитать по уравнению реакции:

3791,6667 кг/ч Х Z Y

С₆Н₄(СН₃)₂ + 3О₂ 2Н₂О + С₆Н₄(СООН)₂

Х(кислород) = 3433,9623 кг/ч

Y(кислота) = 5937,8931 кг/ч

Z(вода) = 1287,7359 кг/ч

5.Рассчитать количество кислорода с учетом избытка:

3433,9623 кг/ч – 100%

G (кислорода) – 220%

G (кислорода) = 7554,7171 кг/ч

6. Рассчитать количество потока воздуха G₂:

Таблица 2 - Состав и количество потока воздуха

Качественный состав	Количественный состав
ω i, % масс	Gi , кг/ч
Кислород		7554,7171
Азот		28420,1262
Итого		35974,8433

7. Рассчитать количество исходной смеси G₃

Таблица 3 - Состав и количество исходной смеси

Качественный состав	Количественный состав
ω i, % масс	Gi , кг/ч
Кислород	17,0505	7554,7171
Азот	64,1419	28420,1262
П-ксилол	9,4038	4166,6667
Уксусная кислота	9,4038	4166,6667
Итого		44308,1767

8. Рассчитать количество реакционной смеси G₄:

Таблица 4 - Состав и количество реакционной смеси

Качественный состав	Количественный состав
ω i, % масс	Gi , кг/ч
Кислород	9,3002	4120,7548
Азот	64,1419	28420,1262
П-ксилол	0,8598
Уксусная кислота	9,4038	4166,6667
Вода	2,9063	1287,7359
Терефталевая кислота	13,3878	5931,8931
Итого		44308,1767

9. Рассчитать количество раствора терефталевой и уксусной кислот G₅:

Таблица 5 - Состав и количество раствора терефталевой и уксусной кислот

Качественный состав	Количественный состав
ω i, % масс	Gi , кг/ч
Терефталевая кислота	58,7399	5931,8931
Уксусная кислота	41,2601	4166,6667
Итого		10098,5598

10. Рассчитать количество побочных продуктов G₆:

Таблица 6 - Состав и количество побочных продуктов

Качественный состав	Количественный состав
ω i, % масс	Gi , кг/ч
Кислород	12,0446	4120,7548
Азот	83,0764	28420,1262
П-ксилол	1,1137
Вода	3,7643	1287,7359
Итого		34209,6169

11 Составить сводный материальный баланс процесса:

Таблица 7 - Сводная таблица материального баланса:

Приход	Расход
Качественный состав	кг/ч	Качественный состав	кг/ч
1.Поток G1, п-ксилол в растворе:		1.Поток G5, раствор терефта-левой и уксусной кислот:
П-ксилол	4166,6667	Терефталевая кислота	5931,8931
Уксусная кислота	4166,6667	Уксусная кислота	4166,6667
Итого:	8333,3334	Итого:	10098,5598
2.Поток G2, воздух:		2.Поток G6, побочные продукты:
Кислород	7554,7171	Кислород	4120,7548
Азот	28420,1262	Азот	28420,1262
Итого:	35974,8433	П-ксилол
		Вода	1287,7359
		Итого:	34209,6169
Всего:	44308,1767	Всего:	44308,1767

Задача № 24

Исходные данные	Вариант
Производительность установки, т/сутки Конверсия п-ксилола, % Содержание п-ксилола в растворе (уксусная кислота), %масс Избыток воздуха, %масс от стехиометрии	90,3		96,8			93,5	93,8	90,5	93,1