Контрольная ХТОВ

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра «ОХТ»

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Контрольная работа

Студент гр.

Преподаватель

Стерлитамак – 2025

Задача №478

На установке полимеризации пропан-пропиленовой фракции (массовая доля пропилена 35%) выделяющуюся теплоту снимают за счет подачи в межтрубное пространство кипящей воды при 210°С. При этом в час образуется 3200 кг водяного пара. Определить массовый расход пропан-пропиленовой фракции, если в процессе полимеризации выделяется теплота в количестве 1340 кДж на 1 кг олигомеров. Теплота парообразования воды 34,2 кДж/моль.

Для решения задачи нам необходимо определить количество теплоты, которое передается воде для образования пара, и затем найти массовый расход пропан-пропиленовой фракции.

Определение количества теплоты

Из условия известно, что в час образуется 3200 кг водяного пара. Переведем массу пара в моли:

Теперь определим общее количество теплоты, необходимое для превращения этого количества воды в пар:

Расчет массового расхода пропан-пропиленовой фракции

Известно, что на каждый килограмм олигомеров выделяется 1340 кДж теплоты. Обозначим массовый расход пропан-пропиленовой фракции как 𝑚_ф. Тогда уравнение баланса теплоты будет выглядеть следующим образом:

Ответ: Массовый расход пропан-пропиленовой фракции около 13 т/ч

Задача №488

Производительность реактора полимеризации этилена при низком давлении 15 кг полиэтилена в час с 1 м³ реакционного объема. Определить массовый расход бензина на снятие выделяющейся теплоты, если объем реактора 80 м³, количество выделяющейся теплоты 3600 кДж на 1 кг полиэтилена, а теплота испарения растворителя 380 кДж/кг .

Для решения этой задачи мы должны сначала рассчитать общую производительность реактора по полиэтилену, исходя из его объема и производительности на единицу объема. Затем рассчитаем общее количество теплоты, которое должно быть отведено от реактора, чтобы поддерживать процесс. После этого найдем необходимый расход бензина для отвода этого тепла.

Рассчитываем общую производительность реактора по полиэтилену

Производительность реактора составляет 15 кг полиэтилена в час на 1 кубический метр реакционного объема. Объем реактора равен 80 кубических метров. Таким образом, общая производительность реактора составит:

Рассчитываем общее количество выделяемой теплоты

Количество теплоты, выделяемое на производство одного килограмма полиэтилена, равно 3600 кДж/кг. Следовательно, общее количество теплоты, которое нужно удалить, будет:

Рассчитываем массовый расход бензина

Теплота испарения бензина равна 380 кДж/кг. Чтобы узнать, сколько килограммов бензина потребуется для удаления всего необходимого количества теплоты, используем формулу:

Ответ: Массовый расход бензина должен составлять примерно 11.4 т/ч.

Задача №458

На установку гидрирования адиподинитрила производительностью 900 кг гексаметилендиамина в час подают 3500 м³ водорода. Определить мольное соотношение адиподинитрила и водорода, если выход гексаметилендиамина составляет 95% в расчете на исходный адиподинитрил.

Для решения данной задачи начнем с анализа химической реакции гидрирования адиподинитрила до гексаметилендиамина. Уравнение реакции выглядит следующим образом:

C₆H₈N₂ + 4H₂ → C₆H₁₆N₂

Это значит, что одна молекула адиподинитрила реагирует с четырьмя молекулами водорода , образуя одну молекулу гексаметилендиамина.

Перевод массы гексаметилендиамина в моль

Молярная масса гексаметилендиамина

Определение количества моль адиподинитрила

Исходя из уравнения реакции, на каждую молекулу гексаметилендиамина приходится одна молекула адиподинитрила. Однако, учитывая, что выход составляет 95%, пересчитаем количество моль адиподинитрила:

Перевод объема водорода в моль

Объем водорода дан в нормальных условиях где 1 моль газа занимает 22.4 литра. Переведем объем водорода в моль:

Определение мольного соотношения

Согласно уравнению реакции, на каждые 4 моль водорода требуется 1 моль адиподинитрила. Поэтому теоретическое соотношение адиподинитрила к водороду составляет 1:4.

Однако, поскольку реальный выход продукта составляет 95%, фактически использованное количество адиподинитрила меньше расчетного. Мольное соотношение адиподинитрила и водорода будет:

Ответ: Мольное соотношение адиподинитрила к водороду составляет 1:19,1.

Задача №428

Терефталевую кислоту получают жидкофазным окислением n-ксилола в реакторе производительность» по терефталевой кислоте 303 т/сут. В реактор поступают компоненты в массовом соотношении n-ксилол : уксусная кислота : катализатор, равном 7:1: 0,8. В процессе окисления степень конверсии n-ксилола в терефталевую» кислоту достигает 93,1% при объемной скорости подачи смеси на входе в реактор 0,5 ч^-1 (плотность смеси: 907 кг/м³). Определить внутренний диаметр реактора, если его полезная высота 12 м.

Для решения задачи нам необходимо последовательно определить несколько параметров: объем реактора, объемную скорость подачи смеси и внутренний диаметр реактора.

Определение общего объема реактора

Производительность реактора по терефталевой кислоте составляет 303 тонны в сутки. Поскольку задача требует расчета внутреннего диаметра реактора, переведем это значение в более удобные единицы измерения:

Определение объема реактора

Задача также указывает, что плотность смеси составляет 907 кг/м³. Используем эту информацию для перевода массовой производительности в объемную:

По условию задачи объемная скорость подачи смеси на входе в реактор составляет 0,5 ч^-1. Теперь можем найти полный объем реактора:

Определение внутреннего диаметра реактора

Полезная высота реактора дана как 12 м. Используя формулу объема цилиндра, тогда формула объема примет вид:

Ответ: Внутренний диаметр реактора составляет примерно 1,72 метра.

Задача №508

Полимеризацию бутадиена в растворе ведут при 30°С в каскаде автоклавных реакторов с площадью поверхности теплообмена 45 м² в каждом. Производительность установки 2500 кг каучука СКД в час. Тепловой эффект полимеризации бутадиена 72 кДж на 1 моль мономера, степень конверсии мономера 85%. В качестве хладоагента используют рассол при минус 10°С (на входе в рубашку и змеевик) и плюс 10°С (на выходе). Определить массовый расход бутадиена и необходимое число реакторов. Коэффициент теплопередачи 165 Вт/(м²-К).

Определение теплового эффекта реакции

Тепловой эффект полимеризации бутадиена составляет 

Расчет количества теплоты, выделяющейся за час работы установки

Производительность установки составляет 2500 кг/ч. Молекулярная масса бутадиена равна 54 г/моль. Таким образом, количество молей бутадиена, которое перерабатывается за час, можно найти по формуле:

Рассчитаем общее количество теплоты, выделяемой за час:

Определение массового расхода бутадиена

Степень конверсии мономера составляет 85%, поэтому реальная загрузка будет больше:

Расчёт необходимого числа реакторов

Используем формулу для расчёта теплового потока через теплообменник. Средний температурный напор равен:

Коэффициент теплопередачи равен 𝑘=165 Вт/(м²⋅К)

Тогда тепловой поток через один реактор:

Переведем общее количество теплоты в ватты:

Теперь определим необходимое количество реакторов:

Так как количество реакторов должно быть целым числом, округлим его вверх до ближайшего целого числа.

Ответ: Расход бутадиена 2,94 т/ч, количество реакторов 5 ед.