Пример решения задач

1. Рассчитать материальный баланс процесса производства ацетилена из карбида кальция.

Исходные данные:

- производительность по ацетилену – 15 т/сут;

- конверсия карбида кальция – 0,8;

- конверсия воды – 0,6;

- содержание примесей в карбиде кальция – 25%;

- содержание примесей в воде – 10%.

Решение:

Уравнение реакции образования ацетилена

CaC₂+ 2H₂О⟶Ca(OH)₂+ C₂H₂↑

1. Молекулярные массы компонентов:

Карбид кальция: CaC₂= 64,

Вода: H₂О = 18,

Гидроксид кальция: Ca(OH)₂ = 74

Ацетилен: C₂H₂ = 26,

2. По условию задачи производительность по ацетилену – 15 (т/сут) или 625 (кг/час).

3. По массе целевого продукта C₂H₂cогласно стехиометрии определяем расход чистых реагентов CaC₂ и H₂О на целевую реакцию:

642*187426

CaC₂ + 2H₂О⟶ Ca(OH)₂ + C₂H₂↑

625

Помимо ацетилена, образовался гидроксид кальция:

4. Учитываем конверсию реагентов:

конверсия карбида кальция – 0,8;

- конверсия воды – 0,6;

5. Определяем непревращенный остаток для каждого из реагентов,

6. Найдем массу технического реагента CaC₂ с учетом его состава:

Рассчитаем массу технического реагента H₂О с учетом его состава:

7. Масса примесей технического реагента CaC₂и H₂Оравна:

8. Составляем уравнение материального баланса

9. Составляем таблицу материального баланса:

Приход			Расход
Компонент	Кг/ч	% масс	Компонент	Кг/ч	% масс
Технический карбид кальция:	2136,75	57,41	Целевой С2Н2	625	16,79
- CaC2	1923,075	51,67	Непревращенный CaC2	348,615	0,93
-примеси	213,675	5,74	Непревращенный H2О	576,92	15,50
Техническая вода:	1584,94	52,58	примеси CaC26	213,675	5,74
- H2О	1442,3	38,75	примеси H2О	142,64	3,83
-примеси	142,64	13,83	Ca(OH)2	1778,84	57,21
Итого		100	Итого		100

2. Составить материальный баланс процесса производства хлорбензола (процесс сложный необратимый параллельный). Рассчитать расходные коэффициенты по сырью, селективность процесса, выход целевого продукта.

Исходные данные:

- производительность по техническому хлорбензолу – 60 т/сут;

- содержание хлорбензола в целевом продукте – 70%;

- содержание дихлорбензола в целевом продукте – 30%;

- содержание примесей в бензоле – 10%;

- содержание примесей в хлоре – 25%;

- конверсия бензола – 0,8;

- конверсия хлора – 0,6.

Решение:

Основная реакция

C₆H₆ + Cl₂ → C₆H₅Cl + HCl (1)

Побочная реакции

C₆H₆ + 2Cl₂ → C₆H₄Cl₂ + 2HCl (2)

1. Молекулярные массы компонентов:

Бензол: С₆Н₆= 78,

Хлорбензол: С₆Н₅Cl = 112,5,

Дихлорбензол: С₆Н₄Cl₂ = 147

Хлор: Cl₂ = 71,

Хлороводород: HCl = 36,5.

2. По условию задачи производительность по техническому хлорбензолу – 60 (т/сут) или 2500 (кг/час).

Технический хлорбензол содержит 70% масс. хлорбензола и 30% масс. дихлорбензола.

3. Определим массу каждого продукта в составе реакционной массы после протекания процесса (в техническом хлорбензоле):

= 2500 · 0,7 = 1750 (кг/час)

= 2500 · 0,3 = 750 (кг/час)

Проверяем правильность расчета:

1750кг/час + 750кг/час = 2500 кг/час

4. По массе целевого продукта C₆H₅Clcогласно стехиометрии определяем расход чистых реагентов С₆Н₆ и Сl₂ на целевую реакцию:

78 71 112,5 36

C₆H₆ + Cl₂ → C₆H₅Cl + HCl

1750

Помимо хлорбензола, образовался хлороводород:

5. Определяем расход чистых реагентов С₆Н₆ и Сl₂ на побочную реакцию:

78 2*71 1472*36

C₆H₆ + 2Cl₂ → C₆H₄Cl₂ + 2HCl

750

Помимо хлорбензола, образовался хлороводород:

6. Суммируем массы каждого из реагентов, израсходованных на целевую и побочные реакции:

7. Учитываем конверсию реагентов:

8. Определяем непревращенный остаток для каждого из реагентов,

9. Найдем массу технического реагента С₆Н₆ с учетом его состава:

Рассчитаем массу технического реагента Сl₂ с учетом его состава:

10. Масса примесей технического реагента С₆Н₆и Сl₂равна:

11. Составляем уравнение материального баланса

12. Составляем таблицу материального баланса:

    Приход			Расход
    Компонент	Кг/ч	% масс	Компонент	Кг/ч	% масс
    Технический бензол:	2609,69	46,08	Технический продукт:	2083,33	36,79
    -С6Н6	2322,63	41,01	-Целевой С6Н5Cl	1770,83	31,27
    -примеси	287,06	5,06	-Побочный С6Н4Cl2	312,49	5,52
    Технический хлор:	3052,58	53,91	Непревращенный С6Н6	929,05	16,4
    -Cl2	2838,9	50,13	Непревращенный Сl2	1419,45	25,06
    -примеси	213,68	3,78	примеси С6Н6	287,06	5,06
    			примеси Сl2	213,68	3,77
    			Хлороводород	729,71
    Итого		100	Итого		100

13. Рассчитаем селективность процесса по реагентам:

Выход на подданное сырье:

Выход на превращенное сырье:

Расходные коэффициенты по сырью:

- фактические:

• Теоретические