Расчет материального баланса контактного аппарата

Расчет приближенного материального баланса может быть выполнен с достаточной степенью точности с учетом основных (3.1.1) и (3.1.2) и имеющих более существенное значение, чем остальные, побочных реакций (3.1.3), (3.1.6).

В графу “Приход” (табл.3.1.2) вносят определенные на основании экспериментальных данных количества абсолютного метанола, воды, введенной со спиртом, кислорода и азота воздуха. Массу абсолютного спирта и воды рассчитывают по объему поступившего в испаритель спирта, его плотности и концентрации в % масс. Зная объем поступившего в контактный аппарат воздуха при нормальных условиях и, следовательно, объем кислорода и азота (21% и 79% объем.), плотность кислорода и азота (отношение соответствующей молекулярной массы к объему одного моля), находят массы кислорода и азота.

В графу “Расход” вносят количества получившихся формальдегида, реакционной воды, азота, непрореагировавшего кислорода и газообразных продуктов синтеза, непрореагировавшего метанола и воды, поступившей в аппарат вместе со спиртом.

Массу получившегося формальдегида определяют титрованием. Для распределения формальдегида по двум реакциям (3.1.1 и 3.1.2) рассчитывают количество водорода, образовавшееся по реакции (3.1.2). Для этого определяют объем получившегося водорода, зная приведенный к нормальным условиям объем контактного газа и концентрацию в нем водорода (хроматографический анализ). Из рассчитанного объема водорода вычитают объем водорода, получившегося по реакции (3.1.6). Его объем равен объему образовавшегося оксида углерода(II).

Используя объем контактного газа и концентрацию в нем оксида углерода(IV), рассчитывают количество получившегося оксида углерода(IV). Непрореагировавший кислород определяют по разности между поданным количеством О₂ и его количеством, прореагировавшим по реакциям (3.1.1) и (3.1.3).

Количество непрореагировавшего метанола находят по разности между количеством поданного и прореагировавшего по реакциям (3.1.1), (3.1.2), (3.1.3) и (3.1.6) (на образование формальдегида, разложившегося по реакции (3.1.6), тоже потратился метанол).

Массу реакционной воды рассчитывают на основе реакций (3.1.1) и (3.1.3), зная количество формальдегида, образовавшееся по реакции окисления (3.1.1) и количество оксида углерода(IV). Массу воды, введенной со спиртом, также как объем и массу азота, переносят из графы “Приход”. При расчете массовых процентов в графе “Расход” за 100% принимают массу поступивших в контактный аппарат реагентов. Разница между суммой введенных и полученных веществ составляет невязку баланса.

Материальный баланс носит приближенный характер, поскольку не учитываются другие побочные продукты (НСООН, НСООСН₃) и есть определенная погрешность эксперимента. О степени приближенности материального баланса судят по величине невязки, а также по частным балансам (по углероду, по кислороду и т.д.).

Таблица 3.1.2