|
Расчёты мат. баланса. Проверка.
|
|
| Miriada | Дата: Воскресенье, 21.12.2014, 10:51 | Сообщение # 1 |
Группа: Пользователи
Сообщений: 699
| Здравствуйте! Не могли бы Вы проверить мои расчёты? Я рассчитала весь процесс варки трифторида алюминия. Но разница между приходом и расходом составила 1,55 кг. Не могли бы Вы подсказать, где может быть ошибка?
Материальный баланс для производства трифторида алюминиябудем рассчитывать на 1000 кг технического А1F3 с массовой долей трифторида
алюминия 88,00% мас.
Основная реакция:
3НF+Аl(ОН)3 = А1FЗ + 3Н2O (1)
Образование побочных продуктов происходит в результате протекания реакций:
2Аl(ОН)3+ H2SiF6= 2А1F3+ SiO2+4H2O (2)
2 Аl(ОН)3+ 3H2SO4=Al2(SO4)3+6H2O (3)
Al2(SO4)3+6HF=2А1F3+3H2SO4 (4)
Na2O+ H2SO4=Na2SO4 + H2O (5)
1.1. Расчёт материального баланса по HF.
Масса А1F3 в техническом трифториде алюминия:
m(А1F3) = 0,88*1000 = 880 кг
По основной реакции необходимо:
m(HF) = (880*3*20)/84=628,57кг
С учетом степени нейтрализации HF 96% :
m(HF) = (628,75*100)/96 = 654,95 кг
654,95 - 28% содержание в технической HF
m(HF)тех. – 100% m(HF)тех.= 654,95 *100/28 = 2339,11 кг
m(H2SO4)= 2339,11*0,0005=1,17 кг
m(H2SiF6)= 2339,11*0,0005=1,17 кг
m(H2O)=2339,11-654,95-2*1,17=1681,82 кг
2.2. Расчёт материального баланса по Аl(ОН)3.
m(Аl(ОН)3) = 880 *78/84 = 817,14 кг
С учётом 96% - степень превращения:
m(Аl(ОН)3) =817,14*100/96 = 851,19 кг
851,19 – 89,5% --- содержание в техническом
m(Аl(ОН)3)тех. – 100%
m(Al(OH3)тех. = 851,19 /0,895 = 951,05 кг
m(SiO2)=0,0015*951,05=1,43 кг
m(Na2O)=0,0034*951,05=3,23 кг
m(H2O)= 951,05 -851,19 -1,43 -3,23 =95,2 кг
m(SiO2)=m(H2SiF6)* M(SiO2)/M(H2SiF6)= 1,17*60/144 = 0, 49кг
m (Al2(SO4)3): по реакции (3) расход H2SO4 равен её приходу по реакции (4)
=> сульфат алюминия не остаётся в продукте.
m(Na2SO4) = m(H2SO4) * M(Na2SO4)/M(H2SO4) = 1,17 *112/98 = 1,34 кг
m( Na2O )= 3,23 – [m (H2SO4)*M( Na2O) /M(H2SO4)] = 3,23 – [1,17 *62/98] = =2,49
кг
m( А1F3) = m(HF)*0,96* M(А1F3)/ 3*M(HF) + 2* m(H2SiF6)* M(А1F3) /M(H2SiF6)+2* m(H2SO4)*M(А1F3) /M(H2SO4) = 654,95 *0,96*84 /3*20 + 2*1,17 *84
/144 + 2*1,17 *84 /3*98 = 882,29 кг
m(HFост.) = 654,95*0,04 – (2*1,17*20)/98 = 25,72 кг
m(Аl(ОН)3) = 851,19*0,04 – (2*m(H2SO4)*M(Аl(ОН)3) )/(3* M(H2SO4) ) – ( 2*
m(H2SiF6)* M( Аl(ОН)3)/M(H2SiF6 ))= 817,14*0,04 – 2*1,17*78 /3*98 – 2* 1,17*78
/141 = 32,14 кг
Расчет баланса по воде:
По 1-ой реакции m(H2O)= 0,96*m(HF)*M(H2O) /M(HF) =(0,96*654,95 *18) /20 =
565,88 кг
По 2-ой реакции m(H2O)=(m(H2SO4)*2*M(H2O))/M(H2SO4)=(1,17*2*18)/96=0,44 кг
По 3-ей реакции m(H2O)=m(H2SiF6)*4*M(H2O)/M(H2SiF6)=(1,17*4*18) /144=0,59 кг
По 5-ой реакции m(H2O)=m(H2SO4)*M(H2O)/M(H2SO4) = (1,17*18)/98=0,21кг
m(H2O)общ.= 565,88 + 0,44 +0,59 + 0,21+ 1681,82+95,2 = 2344,14 кг
Приход:
1.Плавиковая кислота, в т.ч.
HF (654,95)
H2SO4 (1,17)
H2SiF6 (1,17)
H2O (1681,82)
2. Гидроксид алюминия, в т.ч.
Al(OH)3 (851,19)
H2O (95,2)
SiO2 (1,43)
Na2O (3,23)
Сумма: 3290,16
Расход:
AlF3 (882,29)
HF (25,72)
Na2SO4 (1,34)
Al(OH)3 (32,14)
SiO2 (0, 49)
Na2O (2,49)
H2O (2344,14)
Сумма: 3288,61
Сообщение отредактировал Miriada - Воскресенье, 21.12.2014, 10:55 |
|
| |
| |
| |
| FilIgor | Дата: Воскресенье, 21.12.2014, 13:09 | Сообщение # 2 |
 Эксперт
Группа: Супермодераторы
Сообщений: 6490
| Навскидку, пара моментов, которые сразу бросаются в глаза.
Цитата Miriada (  ) m (Al2(SO4)3): по реакции (3) расход H2SO4 равен её приходу по реакции (4)
=> сульфат алюминия не остаётся в продукте.
Почему Вы думаете, что реакция (4) идет количественно, т.е. полностью слева направо?
Будет в продукте сульфат алюминия, даже и не сомневайтесь.
Цитата Miriada ( ) Na2O (2,49)
В условиях данного процесса оксид натрия в остатке - это немыслимо. Он полностью прореагирует, не с серной, так с HF.
Пишите в расходе NaF. Или сульфат, как хотите. Но никак не оксид.
|
|
|
It's futile to speculate about what might have been |
| |
| |
| Miriada | Дата: Воскресенье, 21.12.2014, 13:30 | Сообщение # 3 |
|
Группа: Пользователи
Сообщений: 699
| В описании производства написано, что Al2(SO4)3 хорошо растворима в воде, сразу взаимодействует с HF. При этом образующаяся кислота удаляется с маточным раствором в процессе фильтрования. Про сульфат алюминия ничего не сказано...
На самом деле, здесь очень много побочных реакций, и если я начну учитывать их все, я просто не смогу рассчитать баланс...
|
|
| |
| |
| |
| FilIgor | Дата: Воскресенье, 21.12.2014, 13:35 | Сообщение # 4 |
|
Эксперт
Группа: Супермодераторы
Сообщений: 6490
| Цитата Miriada ( ) В описании производства написано, что Al2(SO4)3 хорошо растворима в воде, сразу взаимодействует с HF. При этом образующаяся кислота удаляется с маточным раствором в процессе фильтрования. Про сульфат алюминия ничего не сказано...
Ну что ж, возможно. Фторид алюминия - соединение прочное в отношении комплексообразования, возможно, это в самом деле сдвигает равновесие.
|
|
|
It's futile to speculate about what might have been |
| |
| |
| Miriada | Дата: Воскресенье, 21.12.2014, 13:37 | Сообщение # 5 |
|
Группа: Пользователи
Сообщений: 699
| То есть мне нужно ещё дописать реакцию Na2O(ост)+HF ?
|
|
| |
| |
| |
| FilIgor | Дата: Воскресенье, 21.12.2014, 13:48 | Сообщение # 6 |
|
Эксперт
Группа: Супермодераторы
Сообщений: 6490
| Обязательно.
|
|
|
It's futile to speculate about what might have been |
| |
| |
| Miriada | Дата: Воскресенье, 21.12.2014, 13:55 | Сообщение # 7 |
|
Группа: Пользователи
Сообщений: 699
| Na2O(ост)+HF= 2NaF+H2O
Тогда с исправлениями
m( Na2O )= 3,23 – [m (H2SO4)*M( Na2O) /M(H2SO4)] = 3,23 – [1,17 *62/98] = =2,49
кг
m(NaF)=2,49*42/62=1,69 кг
m(HFост.) = 654,95*0,04 – (2*1,17*20)/98- (2*2,49*20)/62 = 24,11 кг
Расчет баланса по воде:
По 1-ой реакции m(H2O)= 0,96*m(HF)*M(H2O) /M(HF) =(0,96*654,95 *18) /20 =
565,88 кг
По 2-ой реакции m(H2O)=(m(H2SO4)*2*M(H2O))/M(H2SO4)=(1,17*2*18)/96=0,44 кг
По 3-ей реакции m(H2O)=m(H2SiF6)*4*M(H2O)/M(H2SiF6)=(1,17*4*18) /144=0,59 кг
По 5-ой реакции m(H2O)=m(H2SO4)*M(H2O)/M(H2SO4) = (1,17*18)/98=0,21кг
По реакции Na2O(ост)+HF= 2NaF+H2O
m(H2O)=m(Na2O)ост*M(H2O)/M(Na2O) = (2,49*18)/62=0,7кг
m(H2O)общ.= 565,88 + 0,44 +0,59 + 0,21+ 1681,82+95,2+0,7 =2344,84 кг
Приход:
1.Плавиковая кислота, в т.ч.
HF (654,95)
H2SO4 (1,17)
H2SiF6 (1,17)
H2O (1681,82)
2. Гидроксид алюминия, в т.ч.
Al(OH)3 (851,19)
H2O (95,2)
SiO2 (1,43)
Na2O (3,23)
Сумма: 3290,16
Расход:
AlF3 (882,29)
HF (24,11)
Na2SO4 (1,34)
Al(OH)3 (32,14)
SiO2 (0, 49)
NaF (1,69)
H2O (2344,84)
Сумма: 3286,9 (ещё меньше стало)
|
|
| |
| |
| |
| FilIgor | Дата: Воскресенье, 21.12.2014, 14:09 | Сообщение # 8 |
|
Эксперт
Группа: Супермодераторы
Сообщений: 6490
| У Вас по предыдущему балансу оставалось 2,49 кг. Na2O. Из них должно выйти 3,37 кг. фторида. Как Вы получили 1,69?
|
|
|
It's futile to speculate about what might have been |
| |
| |
| Miriada | Дата: Воскресенье, 21.12.2014, 14:11 | Сообщение # 9 |
|
Группа: Пользователи
Сообщений: 699
| Да, ошиблась. Вот так m(NaF)=(2*2,49*42/62)=3,37 кг
|
|
| |
| |
| |
| Miriada | Дата: Воскресенье, 21.12.2014, 14:13 | Сообщение # 10 |
|
Группа: Пользователи
Сообщений: 699
| m( Na2O )= 3,23 – [m (H2SO4)*M( Na2O) /M(H2SO4)] = 3,23 – [1,17 *62/98] = =2,49
кг
m(NaF)=2,49*42/62=3,37 кг
m(HFост.) = 654,95*0,04 – (2*1,17*20)/98- (2*2,49*20)/62 = 24,11 кг
Расчет баланса по воде:
По 1-ой реакции m(H2O)= 0,96*m(HF)*M(H2O) /M(HF) =(0,96*654,95 *18) /20 =
565,88 кг
По 2-ой реакции m(H2O)=(m(H2SO4)*2*M(H2O))/M(H2SO4)=(1,17*2*18)/96=0,44 кг
По 3-ей реакции m(H2O)=m(H2SiF6)*4*M(H2O)/M(H2SiF6)=(1,17*4*18) /144=0,59 кг
По 5-ой реакции m(H2O)=m(H2SO4)*M(H2O)/M(H2SO4) = (1,17*18)/98=0,21кг
По реакции Na2O(ост)+HF= 2NaF+H2O
m(H2O)=m(Na2O)ост*M(H2O)/M(Na2O) = (2,49*18)/62=0,7 кг
m(H2O)общ.= 565,88 + 0,44 +0,59 + 0,21+ 1681,82+95,2+0,7 =2344,84 кг
Приход:
1.Плавиковая кислота, в т.ч.
HF (654,95)
H2SO4 (1,17)
H2SiF6 (1,17)
H2O (1681,82)
2. Гидроксид алюминия, в т.ч.
Al(OH)3 (851,19)
H2O (95,2)
SiO2 (1,43)
Na2O (3,23)
Сумма: 3290,16
Расход:
AlF3 (882,29)
HF (24,11)
Na2SO4 (1,34)
Al(OH)3 (32,14)
SiO2 (0, 49)
NaF (3,37)
H2O (2344,84)
Сумма: 3288,58 ( разница составляет 1,58)
Сообщение отредактировал Miriada - Воскресенье, 21.12.2014, 14:14 |
|
| |
| |
| |
| FilIgor | Дата: Воскресенье, 21.12.2014, 14:20 | Сообщение # 11 |
|
Эксперт
Группа: Супермодераторы
Сообщений: 6490
| А куда у Вас кремний пропал? Было 1,43, да еще сколько-то добавится из H2SiF6.
А стало 0,49.
|
|
|
It's futile to speculate about what might have been |
| |
| |
| Miriada | Дата: Воскресенье, 21.12.2014, 14:26 | Сообщение # 12 |
|
Группа: Пользователи
Сообщений: 699
| Точно! Значит, после варки m(SiO2)=1,43+0,49=1,92 ru
Тогда расход составит 3290,01 кг (Необязательно ведь, чтобы расход и приход абсолютно совпадали? Главное, чтобы невязка была меньше 3%? )
Сообщение отредактировал Miriada - Воскресенье, 21.12.2014, 14:28 |
|
| |
| |
| |
| FilIgor | Дата: Воскресенье, 21.12.2014, 14:33 | Сообщение # 13 |
|
Эксперт
Группа: Супермодераторы
Сообщений: 6490
| 3290,01 и 3290,16 это вообще разница 0,005%.
Погрешности округлений при расчетах. Задание выполнено.
P.S. Мат. баланс обычно делают в виде таблиц.
|
|
|
It's futile to speculate about what might have been |
| |
| |
| Miriada | Дата: Воскресенье, 21.12.2014, 14:40 | Сообщение # 14 |
|
Группа: Пользователи
Сообщений: 699
| Да, у меня в Word всё это напечатано, но я не знаю, как прикреплять документы.
|
|
| |
| |
| |
| Miriada | Дата: Воскресенье, 21.12.2014, 14:53 | Сообщение # 15 |
|
Группа: Пользователи
Сообщений: 699
| Рассчитала процесс кристаллизации
Образующийся пересыщенный раствор фторида алюминия кристаллизуется в течение 3-х часов.
Найдем массу жидкого раствора.
m(жид.раствора)=m(Na2SO4)+m(HF)+m(NaF)+m(H2O)общ=1,34+24,11+3,37+2344,84=2373,66 кг
Трифторид алюминия- вещество слабо растворимое в воде. При Т=90°С растворимость равна 1,17%
2373,66 - 98,83 %
m(А1F3)рас-ое - 1,17 %
m(А1F3)рас-ое=2373,66*1,17/98,83=28,10кг
m(А1F3)тв.=882,29-28,10=854,19 кг
m(А1F3*3H2O)=854,19*138/84=1403,31 кг
Масса воды в кристаллогидрате:m(H2O)=854,23 *54/84=549,15 кг
Масса воды в жидкой фазе:m(H2O)=2344,84-549,15=1795,69кг
Сообщение отредактировал Miriada - Воскресенье, 21.12.2014, 15:14 |
|
| |
| |
| |
