Комплексное использование сырья и утилизация отходов. Сборник задач. Учебное пособие

Расходные коэффициенты по аммиаку будут равны:

- теоретический:

Fртеор = 17631 = 0,270 кг/кг,

- практический:

Fрпр = 186,2650 = 0,286 кг/кг.

Это значит, что на получение чистой азотной кислоты (100 % мас.) расходуется практически 0,286 кг аммиака NH3.

Для вычисления выхода азотной кислоты по аммиаку рассчитаем, сколько кислоты теоретически должно получиться из 186,2 кг аммиака.

Ответ: теоретический расходный коэффициент по аммиаку 0,270 кг/кг; практический расходный коэффициент по аммиаку 0,286 кг/кг; выход азотной кислоты 94,2 %.

Задача 5.

Из 320 т колчедана, содержащего 45 % мас. серы, было получено 270 т сернистого газа SO2. Вычислите теоретический

и практический расходный коэффициент и выход SO2 по сере.

51

Решение. Процесс получения газа SO2 из пирита FeS2 описывается схемой:

FeS2 O2 → 2SO2.

320 т колчедана с массовой долей серы 45 % содержат 144 т S, что соответствует 4,5 кмоль S. Из этого количества серы можно получить 4,5 64 = 288 т SO2 (64 – молярная масса SO2, г/моль). Найдем теоретический расходный коэффициент по сере:

Fр = 144288 = 0,500 т/т.

Это значит, что теоретически для получения 1 т SO2 необходимо 500 кг серы.

Практически из 144 т серы было получено 270 т SO2 (по условию). Определим практический расходный коэффициент по сере:

Fр = 144270 = 0,533 т/т.

Это значит, что практически для получения 1 т SO2 необходимо 533 кг серы.

Выход SO2 по сере будет равен:

Ответ: теоретический расходный коэффициент по сере

0,500 т/т; практический – 0,533 т/т; выход SO2 93,75 %.

Задача 6.

В контактном аппарате в течение 12 ч окисляется 180 т ангидрида SO2, степень превращения SO2 98,5 %. Определите производительность аппарата в кг/ч.

Решение. Пользуясь уравнением (8), находим производительность контактного аппарата:

Ответ: производительность аппарата 14 775 кг SO2/ч.

52

Задача 7.

Определите годовую (365 дней) производительность колонны синтеза аммиака в расчете на NН3 с массовой долей 100 %, если за 8 ч вырабатывается 60 000 кг NН3 с массовой долей 99 %.

Решение. За сутки NН3 с массовой долей 99 % выраба-

тывается: 608000 24 =180 000 кг.

Годовая производительность колонны синтеза аммиака составляет:

180 000 ∙ 365 = 65 700 000 кг = 65 700 т NН3 (99 % мас.).

Производительность колонны в расчете на NН3 с массовой долей 100 % равна 65 700/0,99 = 65 043 т/год.

Ответ: производительность колонны синтеза аммиака в расчете на NН3 с содержанием 100 % мас. равна 65,0 тыс. т/год.

Задача 8.

Определите суточную производительность механической обжиговой печи (в т), если в течение часа обжигается 1900 кг природного колчедана, содержащего 21,5 % мас. пустой породы. В огарок уходит 2 % колчедана FeS2.

Решение. Содержание FeS2 в природном колчедане составляет 100 - 21,5 = 78,5 %. В 1 900 кг колчедана содержится

1 900 0,785 = 1 491,5 кг FeS2. Уходит в огарок 1491,5 0,02 = 28,83 кг FeS2.

Определим сколько чистого FeS2 обжигается в сутки (это и будет суточная производительность обжиговой печи):

П =(1491,5 - 29,8) 24 = 35 000 кг FeS2 или 35 т FeS2 .

сут сут

Ответ: производительность обжиговой печи 35 т FeS2/сут.

53

Задача 9.

Производительность колонны синтеза аммиака среднего давления составляет 150 т/сут аммиака NH3. Определите,

сколько азота N2 и водорода Н2 (в м3) потребуется в сутки для

работы пяти колонн синтеза, если на 1 т аммиака NH3 расходуется 2850 м3 азотно-водородной смеси.

Решение. Синтез аммиака описывается реакцией:

N2 + 3H2 ↔ 2NH3 + Q.

Из четырех объемов азотно-водородной смеси на долю азота приходится один объем, а на водород - три объема.

Для обеспечения работы пяти колонн синтеза в течение суток (с учетом условий задачи) потребуется:

Ответ: 534 375 м3/сут N2 и 1 603 125 м3/сут H2.

Задача 10.

Объем контактной массы в аппарате окисления сернистого газа в серный ангидрид составляет 14,5 м3. Произво-

54

Задача 11.

Доменная печь объемом 2 700 м3 выплавляет в год 1642,5 тыс. т чугуна. Определите производительность домны и интенсивность процесса выплавки чугуна.

Решение. Производительность (П) домны равна:

1642,51000 =187,5 т/ч. 124365

Интенсивность процесса (I) выплавки чугуна определим по формуле (10):

187,5 10002700 = 70 чкгм3 . Ответ: П = 187,5 т/ч; I = 70 кг/(ч м3).

Задача 12.

В механической многополочной печи для обжига колчедана (ВХЗ) обжигают 1,6 т/ч колчедана, содержащего 40 % мас. серы S. Печь имеет 7 рабочих подов, площадь каждого 20 м2. Определите интенсивность обжига на 1 м2 пода печи в сутки. Расчет произведите на колчедан, содержащий 45 % мас. серы.

Решение. Количество сжигаемого в печи колчедана (в пересчете на колчедан, содержащий 45 % мас. серы S) будет равно:

1,6 40 = 1,42 т.

45 ч

Интенсивность обжига (I) составляет:

Ответ: интенсивность обжига 243 (кг/м2) сут.

Задача 13.

В коксовую камеру длиной - 14 м, высотой - 4 м и шириной - 0,4 м загружают 16 т каменного угля, который занимает

55

80 % объема камеры. Процесс коксования угля осуществляется в течение 14 ч. Рассчитайте производительность коксовой камеры и интенсивность процесса коксования.

Решение. Объем коксовой камеры равен: V = 14,0 4,0 0,4 = 22,4 м3.

Полезный объем камеры (Vп) составляет: 22,4 0,8=18 м3.

Производительность коксовой камеры равна:

П = 16100014 = 1143 кгч .

Интенсивность процесса коксования угля составляет: I = 114318 = 63,5 мкг3 ч.

Ответ: производительность коксовой камеры 1142 кг/ч; интенсивность коксования 63,5 кг /(м3 ч).

Задача 14.

Производительность печи кипящего слоя (КС) равна 8,33 т/ч (по флотационному колчедану). Определите интенсивность процесса обжига в кг/(м3·сут) и сравните с интенсивностью этого процесса в печи ВХЗ (см. задачу 12). Площадь решетки печи 20 м2, высота кипящего слоя 1,5 м.

Решение: Полезный объем печи КС: Vп = 20 1,5 = 30,0 м3.

Интенсивность процесса обжига колчедана:

При сопоставлении интенсивности процесса обжига колчедана (см. задачу 12), мы видим, что интенсивность обжига в печах КС в 6664 : 243 ≈ 27 раз выше, чем в печах ВХЗ.

Ответ: интенсивность процесса обжига колчедана в печи КС 6664 кг/(м3 сут), что в 27 раз выше, чем в печах ВХЗ.

56

Задачи для самостоятельного решения

1.Вычислите теоретические расходные коэффициенты сырья (т/т) при получении сульфатным методом соляной кислоты с содержанием HCl 36 % мас. Брутто-уравнение реакции:

2NaCl + H2SO4 = Na2SO4 + 2HCl.

2.Определите расходный коэффициент (т/т) технического альдегида (чистота 99 % мас.) при получении уксусной кислоты, если выход кислоты по альдегиду 93,5 %. Процесс протекает по уравнению: СН3СНО + 0,5О2 → СН3СООН.

3.Определите расходные коэффициенты сырья для про-

изводства 1 т фосфата аммония (NH4)3PO4, если применя-

ются следующие реагенты: фосфорная кислота 55 % мас.; аммиак, содержащий 98 % мас. NH3 и 2 % мас. H2O.

4.Вычислите теоретические расходные коэффициенты по руде (кг/кг) и воздуху (м3/кг) при производстве оксида серы (IV), если влажность руды 1,5 % мас., содержание серы в руде серного колчедана 45 % мас. (в пересчете на безводную руду). Воздух на обжиг колчедана подают с избытком в 1,5 раза, состав воздуха – 21 % об. О2, 79 % об. N2.

5.Негашеная известь содержит 95 % мас. СаО, 1,2 % мас.

известняка СаСО3 и 3,8 % мас. примесей. Получается она при обжиге известняка, содержащего 85 % мас. СаСО3. Рассчитайте:

а) расходный коэффициент известняка указанного состава (т/т СаО); б) степень обжига известняка.

6. При химическом обогащении марганцевой руды через шлам, в составе которого 15 % мас. Mn, пропускают оксид серы (IV), затем добавляют дитионат кальция и в конечном итоге Са(ОН)2. При этом происходят следующие превращения

MnO2→MnSO4→MnS2O6→Mn(OH)2.

Напишите уравнения соответствующих реакций и определите расход (т) оксида серы (IV), дитионата кальция и гидроксида кальция для этого процесса в расчете на 100 т шлама.

57

7.При производстве серной кислоты контактным способом из 30 т колчедана, содержащего 42,4 % мас. серы, получено

33,6 т серной кислоты H2SO4. Какой процент это составляет от теоретически возможного выхода?

8.На химическом заводе для получения кальциевой селитры 10 т мела обработали азотной кислотой. При этом выход селитры составил 85 %. Определите, сколько селитры было получено.

9.При обработке 1 т фосфорита, содержащего 62 % мас.

фосфата кальция Са3(РО4)2, серной кислотой было получено 727,2 кг суперфосфата:

Ca3(РO4)2 + 2H2SO4 = Ca(H2PО4)2 + 2CaSO4.

Определите выход суперфосфата и расходный коэффициент руды.

10.Сернокислотная установка башенной системы объемом 740 м3 дает 150 т серной кислоты (содержание H2SO4 75 % мас.)

всутки. Определите производительность установки (кг/ч) по безводной серной кислоте.

11.Производительность печи для обжига серного колчедана составляет 30 т в сутки. Выход сернистого газа — 97,4 % от теоретического. Сколько тонн SO2 производит печь в сутки,

если содержание серы в колчедане 42,4 % мас.?

12. Годовая производительность установки по выпуску уксусной кислоты 20 тыс.т в год. Вычислите производительность в час, если цех работает 365 дней в году, из них 32 дня отводятся на ремонты. Потери производства составляют 4 %.

13. Продукционная башня-денитратор в нитрозном способе производства серной кислоты имеет высоту 16 м и диаметр 5,5 м. Полезный объем башни составляет 85 %. Съем кислот - 90 т в сутки. Определите интенсивность процесса.

58

14. Годовая производительность домны составляет 1800 тыс. т чугуна. Определите интенсивность процесса выплавки чугуна, если полезный объем печи составляет 2700 м3.

15.Подсчитайте суточную производительность печи КС, если полезный объем печи равен 100 м3, а интенсивность обжига пирита FeS2 1 000 кг/(м3·сут).

16.Объем колонны синтеза аммиака, занятый катализа-

тором, составляет 1,5 м3. Производительность колонны 7500 кг/ч. Рассчитайте: а) годовую производительность колонны синтеза аммиака (в т); б) интенсивность процесса синтеза аммиака.

17.Интенсивность обжига пирита FeS2 в печи кипящего слоя (КС) 1 500 кг/(м3·сут). Подсчитайте суточную производительность печи КС, если полезный объем печи равен 250 м3.

18.Производительность по кислоте продукционной баш- ни-денитратора - 103 т/сут. Определите интенсивность процесса, если башня имеет высоту 18 м, диаметр 4,8 м. Полезный объем башни составляет 83 %.

19.Вычислите производительность цианамидного завода и

расходные коэффициенты по сырью, если при азотировании CaC2 расходуется 1 600 м3 азота и коэффициент его использования 0,75. Получают готовый продукт с массовой долей CaCN2 0,65. В известково-обжигательных печах используется известняк

смассовой долей CaCO3 0,85. Для расчетов необходимо исполь-

зовать реакцию: CaC2 + N2 → CaCN2 + C.

20. Вычислите производительность одной стержневой мельницы (т/сут), а также массу сильвинита, подвергнутого дроблению в отделении измельчения в течение суток, если в отделении установлено 8 стержневых мельниц с полезным объемом каждой 32 м3. Интенсивность работы одной мельницы 3 т/(м3 ч).

59

21. Во сколько раз возрастет интенсивность работы стержневых мельниц после увеличения их производительности до 104,4 т/ч? Полезный объемом одной мельницы 32 м3, прежняя интенсивность работы одной мельницы 3 т/(м3 ч).

22. При получении диоксида серы из серного колчедана образуется пиритный огарок. Пиритные огарки содержат до 0,5 % мас. меди. Медь извлекают из огарка хлорирующим обжигом согласно уравнению:

Cu + 2S + 4NaCl + 3,5O2 + H2O → CuCl2 + 2Na2SO4 + 2HCl.

При этом в хлорид меди превращается 85 % мас. огарковой меди. Медь из хлорида восстанавливают железным скрапом. Выход реакции составляет 90 %. Полученный продукт отправляют на переплавку в черновую медь. Сколько меди и сколько хлороводородной кислоты (с содержанием 30 % мас. HCl) можно получить из 1 т пиритного огарка? Чему равен общий выход процесса выделения меди из питритного огарка?

23.Конверсионный мел используется в производстве стекла. Оконное стекло содержит 10 % мас. оксида кальция. Сколько конверсионного мела, содержащего 90 % мас. карбоната кальция, потребуется для производства 1 т стекла, если выход годного стекла составляет 70 %? Рассчитайте расходный коэффициент мела.

24.Сточные воды производства экстракционной ортофосфорной кислоты содержат 0,94 % P2O5. Для их нейтрализации

предлагается использовать конверсионный мел, содержащий 80 % мас. карбоната кальция. Какое количество мела потребуется для нейтрализации 100 м3 сточных вод, реакция протекает на 90 %? Каков расходный коэффициент конверсионного мела? Плотность сточных вод примите равной 1000 кг/м3.

25. Кислые сточные воды содержат 4,9 г/дм3 серной кислоты. Определите массу негашеной извести, необходимую для нейтрализации 500 м3 сточных вод, если содержание CaO в товарном продукте равно 50 % мас. Определите массу образующегося осадка. Рассчитайте расходный коэффициент негашеной извести.

60