3.2. Задания

1. Тринатрийгидродифосфат образуется по реакции

Na₄P₂O₇ + HCl = Na₃HP₂O₇ + NaCl.

3166 152,4 2965 411,3 Н₂₉₈ (кДж/моль)

Рассчитать тепловой эффект реакции на 100 кг пирофосфата натрия, содержащего 97% Na₄P₂O₇, если степень протекания процесса 98%.

2. Определить расход тепла на получение 1 000 кг диоксида кремния по реакции SiCl₄ + 2H₂O = SiO₂ + 4HCl, если теплота образования веществ равна, кДж/моль: SiCl₄ – 628,4; Н₂О – 286,0; SiO₂ – 437,9; HCl – 95,5.

3. На вакуум-кристаллизацию приходит 2 000 кг/ч раствора, содержащего 37,5 мас. % CuSO₄ (М = 169,6), с температурой 90С (С_р = 2,99 кДж/(кг  град)). При охлаждении до 20С выпадают кристаллы CuSO₄  5Н₂О (М = 249,7; С_р = 1,125 кДж/(кг  К)). Маточный раствор содержит 17 мас. % CuSO₄ (С_р = 3,655 кДж/(кг  К)). Теплосодержание водяного пара 2640 кДж/кг. Найти количество кристаллов.

4. В вакуум-испаритель поступает 300 т/ч Н₃РО₄ с температурой 348С (С_р = 2,26 кДж/(кг  К)) и охлаждается до 308С. Определить количество испаряемой воды, если теплосодержание пара равно 2610 кДж/кг.

5. На первый слой контактного аппарата поступает 40 000 м³/ч газа, содержащего, об. %: SO₂ – 8; O₂ – 13; N₂ – 79, с температурой 420С. Определить температуру газа после слоя, если степень окисления SO₂ составляет 70%, а тепловой эффект реакции равен в среднем 94,2 кДж/моль. Средняя удельная теплоемкость газа 1,09 кДж/(кг  К). Рассчитать расход холодного (150С) газа состава, об. %: SO₂ – 8; O₂ – 13; N₂ – 79 на получение смешанного газа с температурой 460С. Рассчитать состав газа после смешения.

6. В конденсатор приходит 8 000 м³/ч газа, содержащего 55 об. % водяного пара. Определить количество конденсирующегося водяного пара и количество тепла, которое при этом выделяется, если общее давление в конденсаторе Р₀ = 160 кПа, а равновесное давление водяного пара 30 кПа. Теплота конденсации 2245 кДж/кг.

7. Определить количество теплоты, выделяющееся при обжиге 5 т колчедана, содержащего 40% серы, по реакции

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂ + 3413,2 кДж,

если степень выгорания серы из колчедана 0,90.

8. Смешано 2 кг 20%-ного раствора H₂SO₄ и 3 кг 12%-ного раствора NaOH. При этом протекает реакция

H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O + 120 085 Дж.

Определить температуру раствора после смешения, если первоначальная температура кислоты и щелочи составляла 20С, а потери тепла в окружающую среду равны 10%. Удельная теплоемкость раствора 3,75 Дж/(г  К).

9. Составить тепловой баланс (на 1 ч работы) стадии пиролиза при производстве уксусного ангидрида из ацетона и рассчитать объем топлива (природный газ, содержащий об. %: СН₄  98, N₂ – 2), необходимый для проведения данного процесса, при котором протекает реакция

(СН₃)₂СО → СН₂ = СО + СН₄ (Q_х.р = 83,7 кДж/кмоль).

Производительность по уксусному ангидриду 24 т/сут. Температура пиролиза 800С. Степень превращения ацетона в кетен за один цикл 0,25. Теплота испарения ацетона 553,5 кДж/кг. Теплоемкость С_р, кДж/(кг  град): ацетона при 20С  2,09, реакционной смеси при 800С  2,26. Теплотворная способность чистого метана 890 310 кДж/кмоль.

10. На первый слой контактного аппарата поступает 40 000 м³/ч газа, содержащего, об. %: SO₂ – 8; O₂ – 13; N₂ – 79, температурой 420С. Определить температуру газа после слоя, если степень окисления SO₂ составляет 70%, а тепловой эффект реакции равен в среднем 94,2 кДж/моль. Средняя удельная теплоемкость газа 1,09 кДж/(кг  град). Рассчитать расход холодного (150С) газа состава, об. %: SO₂ – 8; O₂ – 13; N₂ – 79 на получение смешанного газа с температурой 460С. Рассчитать состав газа после смешения.

11. Рассчитать тепловой баланс процесса гашения извести водой по реакции СаО + Н₂О = Са(ОН)₂ + 65,32 кДж. На гашение поступает 5 000 кг/ч извести, содержащей 85% СаО, температурой 120С (С_р СаО = 0,765 кДж/(кг  К)). Температура воды 57С. Образующееся известковое молоко концентрацией 25% Са(ОН)₂ уходит с температурой 100С (С_р = 1,142 кДж/(кг К)). Потери тепла в окружающую среду 10% от прихода. Избыточное тепло отводится за счет испарения воды (теплота испарения воды равна 2 500 кДж/кг).

12. На сколько градусов повысится температура 30%-ного раствора аммиачной воды (NH₄OH), если к 400 г его прилить 50 г 20%-ного раствораHCl? Начальная температура растворов 12С; теплоемкость полученного раствора 3 кДж/(кгК). Количество тепла, выделяющегося при смешении,11 800 Дж/г.

13. Составить тепловой баланс процесса получения метилового спирта,протекающего по реакции

СО + 2Н₂СН₃ОН,H=110,5 кДж.

Определить степень превращения СО и конечный состав газовой смеси (об. %), если температура газовой смеси на выходе из контактного аппарата повысилась с 450 до 520С. Мольное соотношение реагентов в газовой смеси СО : Н₂= 1,0 : 2,1. Потери тепла в окружающую среду 6% от общего прихода. Расчет вести на 1000 м³исходной газовой смеси. Средние молярные теплоемкости, кДж/(кмольК): СО – 30,5; Н₂– 20,4; СН₃ОН – 74,2.

14. Получение формальдегида происходит по реакции

СН₃ОН + 0,5О₂СН₂О + Н₂О + 159 кДж.

Степень превращения метилового спирта 50%. Начальная температура газов 27С. Исходная смесь содержит 35 об. % СН₃ОН, остальное – воздух. Определить количество тепла, которое необходимо отвести из контактного аппарата, чтобы температура газа на выходе составляла 325С. Потери тепла в окружающую среду 2% от прихода. Молярные теплоемкости, кДж/(кмольК): СН₃ОН – 74,2; воздуха – 29,4; водяного пара – 33,2. Расчет вести на 1 т 40%-ного раствора формальдегида.

15. На абсорбцию поступает газ, содержащий 70 об. %HCl(М = 36,45). Абсорбция осуществляется в адиабатическом режиме с получением соляной кислоты, содержащей 37 мас. %HCl. Тепло абсорбции (Н_р=58 кДж/моль) отводится за счет испарения воды (Н_исп= 2 244 кДж/кг). Рассчитать расход газа и воды на получение 1000 кг кислоты, если отходящий газ содержит 1 об. %HCl.

16. На вакуум-кристаллизацию приходит 2 000 кг/ч раствора, содержащего 37,5 мас. %CuSO₄(М = 169,6), температурой 90С; С_р = 2,99 кДж/(кг  К). При охлаждении до 20С выпадают кристаллы CuSO₄  5Н₂О (М = 249,7;С_р= 1,125 кДж/(кгК)). Маточный раствор содержит 17 мас. %CuSO₄(С_р= 3,625 кДж/(кгК)). Теплосодержание водяного пара 2 640 кДж/кг. Найти количество кристаллов.

17. Рассчитать материальный и тепловой балансы печи для производства сульфата калия и хлористого водорода и расходный коэффициент по топливу. 2KCl+H₂SO₄=K₂SO₄+ 2HCl.

Исходные данные: расход хлорида калия 1 600 кг/ч, состав, мас. % (на сухое):KCl– 98;NaCl– 2; влага – 3, температура15С; серная кислота подается по стехиометрии, концентрация 98%, температура 15С; реакция проходит на 98%; продукты выгружаются с температурой 480С, а газы отводятся с температурой 500С; теплотворная способность мазутаQ = 37 МДж/кг; тепловой КПД печи 75%.

18. На выходе из контактного аппарата окисленияSO₂температура газа составляет 860 К, а степень окисленияSO₂– 0,65. Рассчитать температуруТ₁исходной смеси следующего состава, об. %:SO₂– 8; О₂– 13;N₂– 79. ОкислениеSO₂идет по реакции

SO₂+ 0,5О₂=SO₃;Н_Т=107,7 кДж/моль.

Средние молярные теплоемкости газов при температуре Т₁, Дж/(мольК):SO₂– 43,53;SO₃– 58,0; О₂– 30,0;N₂– 29,49. Средние молярные теплоемкости газов при температуре 860 К, Дж/(мольК):SO₂– 45,16;SO₃– 60,82; О₂– 30,77;N₂– 29,76.

19. Определите температуру, развиваемую контактным аппаратом окисления аммиака, по следующим данным: в аппарат поступает 30 000 м³аммиачно-воздушной смеси, содержащей 10 об. % аммиака, нагретой до 573 К. Степень окисления аммиака0,96. Энтальпия реакции ΔН^о =226 450 кДж. Потери тепла в окружающую среду составляют 5% от прихода. Средняя молярные теплоемкость газовой смеси до реакции 29,74 кДж/(кмоль · К), после реакции32,34 кДж/(кмоль · К).

20. Составьте материальный и тепловой балансы реактора синтеза этилового спирта, где протекает реакция

СН₂=СН₂+ Н₂О = С₂Н₅ОН + 46 090 кДж,

если исходный газ имеет состав, об. %: Н₂О40; С₂Н₄60; скорость его подачи в реактор-гидратор составляет 2 000 м³/ч, температура на входе290С, на выходе из реактора341С, конверсия этилена5%. Молярная теплоемкость продуктов на входе и на выходе одинакова и равна 27,1 кДж/(кмоль · К). Потери теплоты в окружающую среду составляют 3% от прихода теплоты.

ПриложениЕ

Таблица 1