О‘zbekiston respublikasi oliy va о‘rta maxsus ta’lim vazirligi qarshi muxandislik iqtisodiyot instituti «kimyoviy texnologiya» kafedrasi

 

 

 

12 

 

 

Kimyo-texnologik jarayonlarni issiqlik kirim-chiqim hisoblari 

 

Odatda  kimyo-texnologik  jarayonlar  uchun  energiyani  saqlash  qonuni  asosida  issiqlik  balans 

tuziladi: uning umumiy tenglamasi: 

Q

kirim

 = Q

chiQim

 

 

Issiqlik balansi doimiy tuxtovsiz harakatdan apparatdan (jarayonlar) uchun odatda ma’lum bir vaqt 

birligida  (kol./soat,  kal./kun,  kkal./soat,  kkal./kun  yoki  dj/soat,  kdj/kun,),  davriy  (tо‘xtab-tо‘xtab 

harakatlanuvchi) jarayonlar uchun shu sikl vaQti uchun tuziladi. 

Q

Q 

+ Q

c

 + Q

g

 + Q

f.u.

 + Q

p

 + Q

t.k.i.

 = Q

/

к

+ Q

/

..

.

/

/

.

.

/

/

и

ч

т

P

у

ф

г

c

Q

Q

Q

Q









 

 

Bu yerda:   Q

Q 

, Q

c ,

 Q

g

 – apparatga qattiq, suyuq, gaz moddalar bilan kiritiladigan issiqlik; Q

Q

/

 

, Q

c

/

 ,

 

Q

g

/

  -  qattiq,  suyuq,  gaz    holdagi  maxsulot,  reaksiya  yarim  maxsulotlari,  reaksiyaga  kirishaolmay 

qolgan  dastlabki  moddalar  issiqligi;    Q

f.u.

  va  Q

f.О‘

/

  -  issiqlik  chiqarish  yoki  yutilioshi  bilan  fizik 

о‘zgarishlar issiqligi. Q

p. 

va

 

Q

p

/

  -endo,  ekzotermik  reaksiyalar  issiqligi;  Q

t.k.i.

  va  Q

t.k.i.

/

  -  apparatga 

tashqaridan kiritiladigan va tashqariga chiqariladigan issiqlik miqdori. 

 

Q

Q 

, Q

c,

 Q

g

 ;Q

/

к

,Q

/

/

г

c

Q



  larni quyidagicha xisoblash mumkin: 

Q = Gct = kg/soat; kkal/kg*grad.; kkal/soat. 

Gazlar issiqlik siG‘imini T

0

K uchun: 

C = C

0

 + a

1

T + a

2

T

2

;  

C

o

,  a

1,

a

2

  - kitoblardan olinadi. 

Aralashma issiqlik siG‘imi: 

S

ar

 = 

...

...

3

2

1

3

3

2

2

1

1













G

G

G

c

G

c

G

c

G

 

 

  Q

f.u

 = G

1

r

1

 + G

2

r

2

 + G

3

r

3

 + … 

  r

1

,r

2

,r

3   

- fazaviy о‘zgarish issiqliklari (kondensatsiya, kristallanish, erish, ) 

 

Gess  qonuniga  muvofiq  reaksiya  issiqlik  effekti  q

p

0

    (standart  sharoit  T=298

0

S  (+25

0

);  R=1  atm 

uchun)  reaksiya  natijasida  xosil  bО‘lgan  moddalr  yaratilish  issiqliklar  yiG‘indisidan,  reaksiyaga 

kirishuvchi moddalar yaratilish issiqliklari tengdir:  A + V == S + D +q

p 

izobar sharoitda:  

 

13 

 

q

0

P

 = (q

yarat.D 

+ q

yarat.YE

)   - (q

yarat.A

 + q

yarat.V

) 

 

q

0

.

ярат

= -ΔH

0

 

Nerxst tenglamasiga muvofiq har xil Tda  q

p

:  

q

p

 = q

0

P

 + Δa

c

T + 1/2Δa

1

T

2

 + 1/3Δa

2

 T

3

 

 

Q

t.k.i.

 = GcΔt, yoki    Q

t.k.i.

 = K

n.a.k.

F(t

is

 - t

sovuk

)b 

 

YoqilG‘ilarni yoqish issiqligi. Mendeleyev tenglamasiga muvofiq: 

 

Q

yo.yo.i.

=  339,3*s + 1256*N – 109(0  - S) – 25,2(9N +W) 

S, N, O, S –uglerod, vodorod, kislorod, oltingugurt % miqdorlari. 

W – nomlik % miqdori. 

G

1

 = 105 ohaktosh va koksdan iborat bо‘lgan shixtani kuydirishda aniqlansin: 1) tarkibida a = 91% 

S,  v = 7% ?, s  = 2%  suv  bО‘lgan  koks  sarfi;  2) О‘choq  gazi  %  tarkibida;  3)  Kuydirish  reaksiyasi 

issiqligi, agarda moddalarning xosil bо‘lish issiqliklari quyidagicha bо‘lsa: 

 Q

CaCO3 

= 1206000 kDj/kmol; Q

CaO

 = 635100 kDj/kmol; 

Q

CO2

 = 393510 kDj/kmol;    

Ohaktoshni parchalanish darajasi x = 95,0 va α = 1,4 marta kо‘p bulayotgan bulsa; 

Yechim: 1) 1 kmol, ya’ni 100 kg oxaktoshni termik parchalanishi 

CaCO

3 

 

CaO +CO

2 

–Q 

Issiqligi Q

1

=Q

CaO

 + Q

CO2

 – Q

CaCO3

 =635100 [phone] =   

- 

177390 kDj/kmol. 

Pargalanish darajasi e’tiborga aniksa 

 

Q

2

=Q

1

100

Х

  =(-177390) 0,95 =  - 168520kj/kmol   

YA’ni shuncha issiqlik 100kg yoki 1 kmol  ohaktoshni kuydirish uchun keark ekan, ya’ni reaksiya 

endotermik ekan.  

Toza  uglerod  yonish  issiqligi    q

c

  =  32784  kDj/  kg  bО‘lsa  G1  =  105  oxaktoshni  kuydirish  uchun 

kerak bО‘lgan issiqlikni (agarda uglerod tuliq yonsa) xosil qiluvchi uglerod  miqdori: 

G

2

 = 

кг

q

G

Q

c

514

100

32784

10000

168520

100

1

2













   uglerod 

Agarda koksdagi uglerod miqdori a  = 91% S bо‘lsa, koks sarfi:  

14 

 

G

3

 = 

кг

a

G

564

91

100

514

100

2









      koks. 

 

2. О‘choq gazi % tarkibini aniqlash: (SO

2

 + O

2(ozod)

 + N

2

)  

SO

2

  miqdori: a)  SaSO

3

 = SaO + SO

2

 – Q

1

 

B) S + O

2 

 = SO

2

 + Q

2

  

 

10t  ohak tosh parchalanganda chiqadigan SO miqdori: 

100kg SaSO

3

   __   22,4m

3

   SO

2

 

10000 kg SaSO

3

   __   V

1

 

 

V

1 

= 

2

3

1

2128

100

%

100

10000

4

,

22

%

95

100

%

100

4

,

22

СО

м

кг

кг

кг

G

х

















 

 

B) 514 uglerod yonganda SO2: 

V

2 

= 

2

3

2

5

,

959

12

4

.

22

СО

м

кг

G





    xosil bО‘ladi. 

Barcha SO

2

:  V3 = V1 + V2 = 2128 + 959,5 = 3087,5 m

3

 SO

2 

Kislorod miqdori : 

Koks yoqish uchun SO

2

 miqdoriga teng O

2

 miqdori: 

V

4

 = V

2

 = 959.5m

3

  O

2

 

Agarda   α = 1,4 ligini e’tiborga olsak, O

2

 miqdori: 

V

5

 = V4*α = 959.5*1.4 = 1343.3 m

3

 O

2

 

Reaksiyaga kirishmay qolgan ozod O

2

 miqdori: 

V

6 

= V

5

 – V

4

 = 1343.3 – 959.5 = 383.8 m

3

 O

2

 

Havo bilan kiradigan N

2

 miqdori: 

V

7

 = 

7

.

5060

%

21

%

79

2

2

5





O

N

V

m

3

 N

2

 

Shunday qilib, о‘choq gazi tarkibi: 

SO

2 

= V

3

 = 3087.5 m

3

  yoki   R

SO2

 = 36,2%(h) 

O

2

 = V

6

 = 383.3  m

3        

      R

O2

 = 4,5% (h) 

N

2

 = V

7

 = 5060.7   m

3

 

 

R

N2

 = 59.3% (h) 

 

Jami:   

8532m

3

        R = 100% 

 

15 

 

Qaytar kimyo-texnologik jarayonlar moddiy kirim-chiqim hisoblarini tuzish. 

 

№5 Masala.  

A  =98%  SN

4

    va  2%(h)N

2

  dan  iborat  tabiiy  gaz  elektrokreking  apparatdan  chiqayotgan 

tarkibida  v  =  15%(h)  S

2

N

2

  bordir.  qо‘shimcha  reaksiyalarni  e’tiborga  olmagan  xolad  g  =  1000m

3

 

yuqorida  keltirilgan  tarkibdagi  tabiiy  gaz  elektrokreking  jarayoni  moddiy  kirim-chiqim  yakuni 

tuzilsin. 

Yechim:    Gaz  holatdagi  uglevodorodlardan,  asosan  metandan  atsetilan  olish  1600

0

S 

haroratda Quyidagi reaksiya bО‘yicha amalga oshiriladi: 

 

2SN

4

          S

2

N

2

 + 3N

2

 – 380 kDj 

Jarayon elektrli О‘choQlarda, tabiiy gazni chiQimini 1000 m/sekbО‘lganda ketadi.  

Dastlabki, ya’ni reaksiyadan avval, g = 1000m3 tabiiy gazda d = 980m3 SN

4

 va ye = 20m

3

  

N

2

 bordir. Reaksiya jami о‘zgarishi, ya’ni oshishi bilan ketayapti, ya’ni 2 hajm xomashedan 4 hajm 

reaksiya maxsulot (S

2

N

2

 + N

2

) hosil bО‘ldai. Reaksiya tо‘liq ketganda maxsuliy aralashma (S

2

N

2

 = 

N

2

)ni, ¼  qismini, ya’ni 25% (h) ni atsetilen S

2

N

2

 toshkil qilish kerak.  

Ammo,  masala  shartiga  kura,  maxsuliy  gaz  aralashmasida  atsetilen  15%  (h)ni  toshkil  etsa, 

bu degan suz – metanni parchalash reaksiyasi tо‘liq ketmas ekan. 

Masalani  yechish  uchun,  metanni  reaksiyaga  kirishgan  qismini  Xm

3

  bilan  belgilaymiz.  U 

vaqtda о‘choqdan chiqayotgan gaz aralashmasini tarkibini belgilash mumkin: 

SN

4

 = 980 – x = d – x 

C

2

 H

2

 = x/2 m3 

N

2

 = 3x/2 m3 

N

2

 = 20m3 

Jami   V = (1000 + x)m

3

 = (d + e +x)m

3

 

Masalani  shartiga  kura,  о‘choqdan  chiqayotgan  gaz  tarkibiga  15%  (h)  atsetilen  bordir.  U 

vaqtda  

%

)

(

%

100

2

в

x

e

d

х









 

 

Bu tenglamadan:  

%

15

)

1000

(

%

100

2





х

х

 

 

16 

 

50x  =  15000  +  15x;        35x  =  15000;    x  =  430m

3

    SN

4

  reaksiyaga  kirishgan  ekan.  Endi 

reaksiyadan keyin xosil bО‘lgan gaz aralashmasi hajmini topamiz:  

SN

4

 = d – x = 980 –x = 980 – 430 = 550 m

3

 

C

2

H

2

 = x/2 = 430/2 = 215m3 

N

2

 = 3x/2 = 1,5*430 = 645 m3 

N

2

 = 20 m

3

 

 Jami: 1430 m

3

 

Bu komponentlar hajmiy % tarkibini aniqlaymiz: 

1430 m

3

 aralashma  -  100% (h) 

215m

3

 =  S

2

N

2

  -   g% (h) = 

)

%(

0

,

15

1430

100

215

х





 

1430m3 aralashma -    100% (h) 

550m

3 

SN

4

      -  K% (h)= 

%

5

,

38

1430

%

100

550





(h) 

1430 m

3

  aralashma     -   100% 

645 m

3

 N

2 

   -   L = 

%

0

,

45

1430

100

645





(h) 

1430m

3

   aralashma    -     100% (h) 

20m

3

   N

2

     -       M% = 

5

,

1

1430

100

20





 (h) N

2 

Reaksiyaga kirishuvchi va xosil buluvchi moddalar oG‘irliklarini aniqlaymiz. 

 

mCH

4

 = 

кг

м

кг

м

695

4

,

22

16

983

3

3





   CH

4

 

mN

2

 = 

кг

25

4

,

22

28

20





       N

2

 

jami:   695 + 25 = 720kg  

 

m

/

4

СН

= 

кг

388

4

,

22

16

550





 

m

/

2

Н

 = 

кг

58

4

.

22

2

645





 H

2

 

m

/

2

2 Н

С

= 

кг

248

4

,

22

26

*

215



  C

2

H

2

 

m

/

2

N

  = 

кг

25

4

.

22

28

*

20



    N

2 

17 

 

Jami = 388+248+58+1,5=719kg. Olingan natijalarni jadvalga о‘tkazamiz. 

 

№  Kirim  

M

3

 

kg 

% 

(h) 

№  ChiQim  

M

3

 

kg 

% (h) 

1. 

Metan  SN4

 

980 

695 

98 

1 

Atsetilen S

2

N

2

 

215 

248 

15,0 

2. 

Azot  N

2

 

20 

25 

2 

2 

3 

4 

Metan  SN

4

 

Vodorod  N

2

 

Azot  N

2

 

550 

645 

20 

388 

58 

25 

 

38,5 

45,0 

1,5 

 

Jami  

1000  720 

100 

    Jami  

1430  719 

100 

 

Rektifikatsiya kollonasining texnologik hisobi  

 

Qurilmaninig ishlab shiqarish unimdorligi. 

1.  Yillik ishlab chiqarish. 

a) 

 

b) 

 

c) 

 

d) 

 

e) 

 

2.  Kunlik ishlab chiqarish. 

a) 

 

b) 

 

c) 

 

d) 

 

e) 

 

3.Soatlik ishlab chiqarish. 

 

18 

 

a) 

 

b) 

 

c) 

 

d) 

 

e) 

 

4.  Sekundlik ishlab chiqarish. 

 

 

 

d)  

 

 

Qurilmaning tasnifi. 

Diametri           D=4m  

Balandligi     H= 45,9 m 

Chambarakli likoblar soni -60 dona 

Likoblar orasidagi masofa

 

Yoqorisidagi harorat   T 

ust

=331 K (58

o

C) 

Ostki qismidagi  T 

ost

=383 K (110

o

C) 

Bosim P =20×10

5

 Pa 

Konponentlarning mol sarfi. 

Quruq gaz (metan, etan) 

 

 

 (C

3

H

8

) 

 

 

19 

 

 (C

4

H

10

)

 

 

 (C

4

H

10

) 

 

 

C

5

 va yoqori fraksiya (C

5

 va yoqori) 

 

 

Umumiy molyar soni. 

  

Komponentlarning molyar konsentratsiyasi. 

 

a) 

 

b) 

 

c) 

 

d) 

 

e) 

 

 

Komponentlarning massali konsentratsiyasi. 

 

 

 

 

20 

 

 

 

 

245+ 0,146+0,368+0,193=1,00  

Tо‘yinmagan gaz molekulyar massasi. (katalitik reforming gazi) 

 

 

Te

b

=357 K (84

o

C) va P=20 kPa da aniqlanadi. 

=10×10

5

 Pa 

P

2

=13×10

5

 Pa  

P

3

=17×10

5

 Pa 

P

4

=21×10

5

 Pa 

C

5

 va yoqori fraksiya P

5

=25×10

5

 Pa 

Haydalgan mol hissasi  e= 0,214 deb qabul qilingan va kolonnadagi separatsiya qismiga 

suyoq fazali tarkibni aniqlaymiz. 

 

Bu erda X

0

—molyar konsentratsiya, P-bug‘lar tarangligi,  P—kolonnadagi absolyut bosim 

a) 

 

b)  Y-M   

 

c)  Y-M   

 

d)  Y-M   

 

21 

 

e)  CY-M   

 

 

Suyoq fraksiyaning mol sonlari 

N

C

=N(1-ye

1

); kmol/sek 

N

C

=0,3408(1-0,214)=0,267; kmol/sek 

Har bir komponentining mol soni. 

N

1

=N

C

×X

1

 

N

1

=0,267×0,1422=0,0379 kmol/sek 

N

2

=0,267×0,2694=0,0719 kmol/sek 

N

3

=0,267×0,1230=0,0328 kmol/sek 

N

4

=0,267×0,3065=0,0818 kmol/sek 

N

5

=0,267×0,1356=0,0362 kmol/sek 

Suyoq fazaning о‘rtacha molekulyar massasi: 

 

 

Suyuq fazaning massasi sarfi 

G= M

C

×N

C

 

G

1

= 48,85×0,0379=1,851415 m/s 

G

2

= 48,85×0,0719=3,512m/s 

G

3

= 48,85×0,0328=1,602 m/s 

G

4

= 48,85×0,0818=3,995m/s 

G

5

= 48,85×0,0362=1,768m/s 

 

Suyuq fazaning va gaz fazaning massali sarfi, 

 

Kolonnaning issiqlik balansi. 

 

Issqlik kolonnalari orqali kiradigan issqliq. 

Q

kir

 =6200,58-5277,93 =922,62 kVt 

Q

kir 

= Q[

]       bundan 

22 

 

 

g 

Kolonnaning uch qismida gazlarning sarf hazmi hisoblanadi. 

 

Bundan ustki likoda 

1.  G

i

 =1,995 m/sek –ustki gazning sarfi 

M

i

 = 16 kg/mol –quruq gazning molekulyar massasi, 

T=331

o

K (58

o

C) –kolonnaning ustki harorati, 

P = 20×10

5

 Pa –apparatdagi bosim 

 

Kolonnaning evoparatsion qismi, 

G

i

 =4,274 kg/s evoporatsion qismida gazning sarfi 

T= 357

o

K (84

o

C) - kolonnaning evoporatsion qismida harorat. 

M

i

= 44 m/mol –propanning molekulyar massasi. 

P=20×10

5

 Pa –qurulmadagi bosim  

 

Kolonnaning ostki qismi. 

G

1

=19,042 m/s –kolonnaning ostki qismidagi gazning sarfi 

 T= 383

o

K (110

o

C) - kolonnaning ostki qismi harorati 

M

i

= 72 m/mol –C

5

 va yuqori fraksiya molekulyar massasi, 

P=20×10

5

 Pa –kolonnaning  bosimi  

 

Hisoblangan qismlarda gazning zichligi 

      G= 1,995 m/s –ustki qismdagi gazlarning umumiy miqdori, 

V=0,168 m

3

/s - ustki qismdagi gazlarning umumiy sarfi 

 

-Yevoporatsion qismi. 

23 

 

G=4,274 m/s evaporatsion qismida gazning sarflangan massasi 

V= 0,142 m

3

/s -evaporatsion qismidagi gazning hajmiy sarfi. 

  

Kolonnaning ostki qismi. 

G=19,042 m/s— Kolonnaning ostki qismidagi gazning sarflangan massaski. 

V=0,416 m

3

/s –ostki qimdagi gazning hajmiy sarfi. 

 

Hisoblanadigan qismdagi suyuqlikning zichligi. 

 bunda 

Kolonnaning ustki qismida. 

  suyuqlikning nisbiy zichligi; 

zichligning haroratli tuzatishi 

 

Kolonnaning evopoatsion qismidagi zichligi. 

  suyuqlikning nisbiy zichligi; 

zichligning haroratli tuzatishi 

 

Kolonnaning ostki qismi. 

  suyuqlikning nisbiy zichligi; 

zichligning haroratli tuzatishi 

 

Likobchalar orasidagi masofa. 

 

Ruxsat berilgan tezlik quyidagicha aniqlanadi.  N=1300 likobchalar va colonna 

qо‘llaniladigan bug‘ning koeffitsiyenti. 

 

ustki likobchadagi gazning zichligi. 

 

Evoporatsion qismda. 

24 

 

 

 

 

Kolonnaning kundalang qismi maydoni 

 bu erda  d=4 m kolonna diametri 

 

Gazlarning hajmiy tezligi. 

  m/s   bu yerda V=0,168 m

2

/s—kolonnaning ustki likobchalaridan 

gazlarning hajmiy sarfi. 

--kolonna kо‘ndalang kesim yuzi. 

 

V=0,142 m

2

/s –evoporatsion qismdagi gazlarning hajmiy sarfi. 

 

V=0,416 m

2

/s –kolonna likobcha ostidagi gazlarning hajmiy sarfi. 

 

Suyuq fazaning hajmiy sarfi. 

 bu erda G=12,746m/s—kolonna ustki likoblaridagi suyoqlikning 

evoporatsion qismidagi zichligi. 

- suyuqlik evoporatsion qismidagi gazning zichligi. 

 

  

Bu erda 

--ostki likobdagi gaz zichligi. 

0,196 m/s 

suyuqlikning haqiqiy hajmi. 

25 

 

 ; m/s  S

2

=1,2 m

2

 

V=0,0235 m

2

/s—ustki likobdagi suyuqlikning hajmiy sarfi. 

S

2

=1,2 m

2 

–tutish asboblari bilan  

 

Evoporatsion qism. 

V=0,0102 m

3

/c—evoporatsion qismdagi suyuq fazaning hajmiy sarfi. 

S

2

=1,2 m

2