Задачи ХиТОВ (Исламутдинова)
.docУТВЕРЖДАЮ:
На заседании кафедры ОХТ
«____»________20____г.
Протокол № ____
Задачи к государственному экзамену
по дисциплине «Химия и технология органических веществ»
для студентов, обучающихся
по направления 240100 – Химическая технология
1. Пиролизу подвергли 1500 м3 метана. Степень конверсии метана равна 60%, масса ацетилена в продуктах пиролиза составляет 400 кг. Определить селективность процесса.
2. Выход этилхлорида, получаемого гидрохлорированием этилена, составляет 90% от теоретического. Определить объем этиленовой фракции, если объемная доля этилена в ней равна 90%, необходимый для получения 810 кг этилхлорида.
3. Производительность реактора дегидрирования н-бутана до н-бутенов составляет 17400 кг целевого продукта в час. Процесс проводят при 600 °С, и в этих условиях степень конверсии н-бутана равна 30%, а селективность по н-бутенам составляет 75%. Определить вместимость реактора, приняв для расчета константы скорости формулу:
4. Производительность реактора окисления метанола составляет 3500 кг формалина в час; массовая доля формальдегида в нем равна 37%. Диаметр сечения аппарата 1,4 м, высота слоя контактной массы 75 мм. Определить производительность 1 кг и 1 л контактной массы. Насыпная плотность катализатора равна 300 кг/м3.
5. Производительность реактора газофазной гидратации ацетилена равна 35000кг ацетальдегида в час. Определить тепловой эффект реакции и массовый расход водного конденсата, даваемого в межтрубное пространство реактора для снятия выделяющегося тепла за счет испарения воды. Теплота парообразования воды равна 2262 кДж/кг. Теплоты образования реагентов и продуктов реакции: для ацетилена — 226,75 кДж/моль, для воды 241,84 кДж/моль, для ацетальдегида 166,0 кДж/моль.
6. В реактор получения формальдегида окислением метанола со спирто-воздушной смесью вносится 107 кВт теплоты. Суммарный тепловой эффект реакций окисления метанола равен 110 кДж/моль, а массовый расход метанола на окисление составляет 1500 кг/ч. Тепловой поток, вносимый контактными газами, равен 1140 кВт. Определить площадь поверхности теплообмена и массовый расход воды для отвода выделяющегося из слоя катализатора тепла через змеевиковый холодильник, если средний температурный напор равен 560 К, а температура воды на входе в холодильник и на выходе из него соответственно равна 20 и 60 °С. Коэффициент теплопередачи равен 390 Вт/(м2·К). Теплопотери не учитывать.
7. Определить компонентный состав бензиновой фракции (пределы выкипания 93÷123 °С), полученной в процессе прямой гонки нефти, если количество получаемой фракции составляет 34800 кг/ч. Состав бензиновой фракции в массовых долях следующий: парафиновые углеводороды 27,2%, непредельные углеводороды 0,7%, ароматические углеводороды 0,9%, нафтеновые углеводороды 71,2%. Определить массовый расход нефти, необходимой для получения указанной фракции, если выход фракции составляет 20% общей массы нефти, затраченной на прямую гонку.
8. Определить компонентный состав бензиновой фракции (52 800 кг/ч, пределы выкипания 58÷93 °С), полученной пиролизом нефтяного сырья, если ее состав в массовых долях следующий: парафиновые углеводороды 4,9%, непредельные углеводороды 37,9%, ароматические углеводороды 56,2%, нафтеновые углеводороды 1%. Определить массовый расход нефти, необходимой для получения указанной фракции, если выход фракции составляет 60% от общей массы нефти, затраченной на пиролиз. Условно принять молекулярную массу для нефти 282, для бензиновой фракции 142.
9. Производительность установки платформинга по жидкому сырью составляет 1760 т/сут. Объемный расход смеси паров и циркуляционного водорода равен 2,57 м3/с в условиях процесса. Объемная скорость жидкого сырья, имеющего плотность 748 кг/м3, составляет 1,53 ч-1; линейная скорость паро-газовой смеси в сечении реактора равна 0,39 м/с. Определить общий объем катализатора в реакторах и диаметр реактора.
10. Степень конверсии метана и одноканальном реакторе окислительного пиролиза 91 %. селективность по ацетилену 33 %. Объемное соотношение метана и кислорода в исходной газовой смеси 1 : 0,64; коэффициент увеличения объема газов при пиролизе 6,4. Определить время пребывания газовой смеси в реакционной камере реактора, имеющего производительность 1,2 т ацетилена в час, при скорости смеси в камере 300 м/с. если соотношение высоты камеры и ее диаметра равно 5:1.
11. Производительность трубчатого двухпоточного реактора 5 т этилена в. час. Этан поступает на пиролиз в смеси с водяным паром в мольном соотношении 7:1. Определить массово скорость парогазовой смеси в трубах, если диаметр трубы змеевика 124 мм, а выход этилена 54% в расчете на исходный этап.
12. Производительность установки одностадийного дегидрирования н-бутана в бутадиен-1,3 составляет 3000 кг/ч. Определить объем контактной массы, если объемная скорость пара н-бутана составляет 250, объемное соотношение катализатора теплоносителя равно 1:2,2, степень конверсии н-бутана 20%, а селективность по бутадиену 54,5%.
13. Дивинилбензол получают дегидрированием диэтилбензола в трубчатом изотермическом реакторе с числом труб 193 (диаметр трубы 89×4,5 мм, длина 3,5 м). Трубы заполнены катализатором, производительность которого по дивинилбензолу равна 110 кг/(м3·ч). Определить нагрузку реактора по водяному пару, если мольное соотношение водяного пара и диэтилбензола на входе равно 13,4 : 1, степень конверсии диэтилбензола за один проход через реактор равна 42,5%, а селективность по дивинилбензолу 90%,
14. Сернокислотное алкилирование изобутана бутенами проводят в пятиступенчатом реакторе производительностью 14000 кг алкилата в час. Сырьем является жидкая бутан-бутеновая фракция, массовая доля бутенов в которой равна 28%, а плотность 605 кг/м3. В реактор подают серную кислоту из расчета 1 м3 на 1 м3 жидких углеводородов. Определить общий объемный расход сырья на входе в реактор, если массовое соотношение жидкого циркулирующего изобутана (плотность 604 кг/м3) и бутенов равно 5,5:1.
15. В барботажный реактор с целью получения этилбензола поступает в час 15000 кг бензола. В процессе алкилирования образуется алкилат, массовая доля этилбензола в котором равна 32%, а доля бензола 62%. Определить селективность процесса по этилбензолу, если его степень конверсии равна 31%.
16. На установку термического гидродеметилирования толуола производительностью 11000 кг бензола в час поступает в час 20000 м3 водорода. Процесс проводят при мольном соотношении водорода и толуола, равном 4,8:1; при этом селективность процесса по бензолу достигает 82% в расчете на превращенный толуол. Определить степень конверсии толуола.
17. Изомеризацию алкилароматических углеводородов С8Н10 проводят в среде водяного пара в адиабатическом реакторе, в котором объем алюмосиликатного катализатора равен 36 м3. Производительность 1 м3 катализатора составляет 240 кг п-ксилола в час. Определить часовую массовую нагрузку реактора по паро-сырьевой смеси, если мольное соотношение водяной пар : углеводороды равно 1,5:1, а количество n-ксилола в продуктах реакции увеличилось в 2,18 раза (в сравнении с количеством n-ксилола в исходном сырье, в котором массовая доля его составляет 8,4%).
18. Определить затраты технического метана, в котором массовая доля СН4 составляет 98,5%, и затраты электролитического хлора с массовой долей хлора 96% для получения 1920 кг метилхлорида в час, если мольное соотношение метана и хлора равно 3 : 1, а выход метилхлорида равен 80% в расчете на исходный хлор.
19. Определить количество теплоты, которая выделится при получении 1800 кг пентилхлорида в час, если тепловой эффект хлорирования пентана равен 105кДж/моль.
20. На установку хлорирования, пропилена производительностью 1050 кг аллилхлорида в час подают в час 1925 м3 технического пропилена, объемная доля С3Н6 в котором 96%. Определить затраты электролитического хлора (объемная доля хлора 98%) и мольное соотношение С3Н6: Сl2, если выход аллилхлорида составляет 80% по хлору.
21. Определить объемную скорость подачи хлорводорода на установку окислительного хлорирования этилена, если объем псевдоожиженного слоя катализатора в реакторе составляет 75 м3, производительность установки по дихлорэтану 12500 кг/ч, выход дихлорэтана 85% по хлорводороду. Определить объем воздуха для проведения процесса.
22. Определить объемный .расход охлаждающей воды для снятия выделяющейся теплоты в хлораторе при получении дихлорэтана (3000 кг/ч) прямым хлорированием этилена, если охлаждающая вода в процессе теплообмена нагревается на 7 К, а тепловой эффект процесса равен 200 кДж/моль.
23. Определить производительность по 1,1,2,2-тетрахлорэтану на установке хлорирования ацетилена, если на хлорирование подают в час 130 м8 осушенного ацетилена (массовая доля ацетилена 99,8%). Степень конверсии ацетилена в тетрахлорэтан 98%. Хлор подают на процесс в 5%-ном избытке от стехиометрического количества. Определить расходные коэффициенты.
24. На установке хлорирования бензола производительностью по хлорбензолу 4100 кг/ч съем реакционной теплоты осуществляют за счет испарения части бензола. Определить количество теплоты, выделяющейся при хлорировании, и количество испаренного бензола, если теплота его испарения в условиях процесса равна 392 кДж/кг. За счет испарения снимается 80% выделяющейся теплоты (тепловой эффект равен 201 кДж/моль).
25. Метанол получают при 6÷8 МПа и 230÷270 °С в вертикальном трубчатом реакторе, в трубах которого находится катализатор производительностью 312,5кг/(м3-ч). Число труб 5878, внутренний диаметр трубы 34 мм, рабочая длина 7,5 м. Часть реакционной теплоты (65% от теплового эффекта, равного 90,7 кДж на 1 моль) снимают за счет испарения водного конденсата в межтрубном пространстве реактора; при этом образуется насыщенный водяной пар давлением 3,5 МПа. Определить количество образующегося водяного пара, если теплота испарения конденсата равна 1752 кДж/кг.
26. Производительность установки по н-бутанолу, получаемому альдольной конденсацией ацетальдегида, составляет 90 т/сут. Водород на гидрирование кротонового альдегида поступает в мольном соотношении к .кротоновому альдегиду 12 : 1. Определить массовый расход ацетальдегида и объемный расход водорода на входе, если селективность по кротоновому альдегиду равна 96,7%, а селективность по ацетальдегиду 85,8%.
27. Производительность установки по 2-этилгексанолу, получаемому из пропилена, составляет 3800 кг/ч. Селективность по н-масляному альдегиду на стадиях альдольной конденсации и гидрирования равна 54%. Определить массовый расход пропилена на входе в реакторы гидроформилирования, если степень его конверсии равна 84%, селективность по масляным альдегидам 85,8%, а массовая доля н-масляного альдегида в смеси 76%.
28. Дифенилолпропан получают конденсацией фенола с ацетоном на установке производительностью 3750 кг дифенилолпропана в час. Сырье поступает с мольным соотношением фенол : ацетон, равным 5:1. Определить объемный расход сырьевой смеси на входе, если плотность ее 1003 кг/м3, степень конверсии ацетона 50%, а селективность по дифенилолпропану 90% в расчете на ацетон.
29. Этиленоксид получают прямым каталитическим окислением этилена в трубчатом реакторе с числом труб 3055; длина трубы 6 м. В трубах с внутренним диаметром 24 мм размещен катализатор, производительность 1 м3 которого равна 90 кг этиленоксида в час. Определить объемный расход газо-воздушной смеси на входе, объемная доля этилена в которой равна 4,4%, если степень конверсии этилена 38%, селективность по этиленоксиду 65%, коэффициент заполнения труб катализатором 0,8.
30. Часовая производительность адиабатического реактора окислительного дегидрирования метанола равна 3500 кг формалина, массовая доля формальдегида в котором равна 37,5%. В реактор поступает метаноло-воздушная смесь (мольное соотношение метанола и кислорода равно 1 : 0,3) с объемной скоростью 24000 ч-1. Определить объем контактной массы «серебро на пемзе» в реакторе, если степень конверсии метанола в формальдегид равна 76,2%. .
31. Производительность реактора газофазной гидратации ацетилена на нертутных катализаторах 3600 кг ацетальдегида в час. В реактор поступает паро-ацетиленовая смесь с мольным соотношением водяной пар : ацетилен, равном 9:1, и массовой скоростью 1800 кг на 1 м3 катализатора в час. Определить объем катализатора в реакторе, если степень конверсии ацетилена равна 50%, а селективность по ацетальдегид у 88,5%.
32. На установку одностадийного окисления этилена до ацетальдегида поступает в час 14700 м3 этилено-кислородной смеси с мольным соотношением этилен : кислород = 3 : 1. Выделяющуюся теплоту (218,3 кДж/моль) отводят за счет испарения воды из реакционной м.ассы (теплота испарения 2218 кДж/кг). Определить удельный расход воды, испаряющейся из реакционной массы (в расчете на образующийся ацетальдегид), если степень конверсии этилена равна 42,6%, а селективность процесса 94,7%.
33. Терефталевую кислоту получают жидкофазным окислением n-ксилола на установке производительностью 360 т/сут по терефталевой кислоте. В реактор поступает п-ксилол в мольном соотношении с уксусной кислотой 1:1,77. Определить объемный расход смеси (плотность 1035 кг/м3) на входе в реактор, если количество поступающего катализатора (с промотором) равно 0,9% от массового расхода п-ксилола, степень конверсии n-ксилола 95%, а селективность по терефталевой кислоте 94%.
34. Фталевый ангидрид получают окислением нафталина реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора производительностью я о фталевому ангидриду 985 кг/ч. В реактор поступает нафталино-воздушная смесь, массовая доля нафталина в которой равная 6,3%. Определить внутренний диаметр реактора, если выход фталевого ангидрида по нафталину равен 85,2%, рабочая скорость контактных газов в сечении реактора 0,4 м/с, а их плотность рабочих условиях составляет 1,38 кг/м3.
Разработал:
доцент, к.т.н. А.А.Исламутдинова
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
-
Лебедев Н. И. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. 3-е изд. М., Химия, 1981. 608 с.
-
Юкельсон И. И. Технология основного органического синтеза. М., Химия, 1968. 848 с.
-
Паушкин Я. М., Адельсон С. В., Вишнякова Т. П. Технология нефтехимического синтеза. М., Химия, ч. I, 1973. 444 с; ч. II, 1975. 352 с.
-
Белов П. С, Основы технологии нефтехимического синтеза. 2-е изд. М., Химия, 1982. 280 с.
-
Брацыхин Е, А., Шульгина Э. С. Технология пластических масс. 3-е изд. Л., Химия, 1982. 328 с.
-
Рейхсфельд В. О., Еркова Л. Н. Оборудование производств основного органического синтеза и синтетических каучуков. Л., Химия, 1974. 440 с.
-
Павлов К. Ф. Ромашов П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. 3-е изд. Л., Химия, 1981. 560 с.
-
Сарданашвили А. Г., Львова А. И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. 2-е изд., М.,Химия, 1980. 255 с.
-
Справочник химика. / Под ред. Б. П. Никольского т. 1—3. Л., Химия, 1971.
-
Краткий справочник физико-химических величин. / Под ред. К. П. Мищенко и А. А. Равделя. Л., Химия, 1983. 232 с.