Материальный баланс процесса кристаллизации СuSо4  5н2о

Приход		Расход
Статья	кг	Статья	кг
Раствор СuSО4 (41%)	1960	СuSО4 5Н2О	1000
В том числе		В том числе
СuSО4 Н2О	803 1157	СuSО4 Н2О	640 360
		Раствор СuSО4 (17%)	960
		В том числе СuSО4 Н2О	163 797
Итого	1960	Итого	1960

Пример 5. Рассчитать расход известняка, содержащего 12% примесей, для получения 1000 м³ (н. у.) СО₂, если термообработанный продукт содержит 90,5% СаО и 5,5% СаСО₃. Примеси в известняке – вода и SiO₂. Составить материальный баланс процесса получения негашеной извести по реакции

СаСО₃ = СаО + СО₂

Порядок расчета

Степень превращения СаСО₃ в данном процессе ниже 100%, поэтому конечный продукт, как видно из условия, содержит часть исходного реагента. В 1 т продукта указанного состава содержится 905 кг СаО и 55 кг СаСО₃. Масса разложившегося СаСО₃, исходя из уравнения реакции, равна

= = 1616 кг.

Следовательно, для получения 1 т продукта необходимо

= 1616 + 55 = 1671 кг.

Тогда степень превращения составит

= = 0,967, или 96,7%.

Расход СаСО₃ на получение 1000 м³ СО₂ равен

= = 44,64 кмоль СО₂,

где 22,4 – молярный объем, м³/кмоль;

= 44,64 · 100 = 4464 кг.

С учетом степени превращения

= = 4573 кг.

Масса известняка с учетом примесей равна

m_изв = = 5197 кг.

Масса образующегося СаО составляет

m_СаО = 44,64 · 56 = 2500 кг.

Общая масса технической извести равна

m_{техн. изв} = = 2688,3 кг,

в том числе СаСО₃

= 2688,3 · 0,055 = 109 кг.

В состав извести также в качестве примеси входит SiO₂, масса которого равна

= 2688,3 – 2500 – 109 = 79,3 кг.

Масса образовавшегося СО₂ составляет

= 44,64 · 44 = 1964,6 кг.

Тогда массу образующегося водяного пара можно определить как разницу между массой известняка и массами технической извести и СО₂:

= 5197 – 2688,3 – 1964,6 = 544,1 кг.

Результаты расчета сводим в табл. 9.

Таблица 9

Материальный баланс процесса получения негашеной извести

Приход		Расход
Статья	кг	Статья	кг
Известняк	5197	Техническая известь	2688,3
В том числе		В том числе
SiO2	79,3	СаО	2500
Вода	544,1	СО2	1964,6
		Пары воды	544,1
Итого	5197	Итого	5197

Контрольные задания

1. При газификации кокса, содержащего, мас. %: С – 96,5; Н₂О – 3,5, с водяным паром полученный водяной газ содержит 6 об. % СО₂. Рассчитать состав полученного газа и составить материальный баланс процесса газификации на 1 т кокса указанного состава. При газификации протекают следующие реакции:

С + Н₂О = СО + Н₂

СО + Н₂О = СО₂ + Н₂

2. Составить материальный баланс нитратора производительностью 3 т/ч нитробензола. Выход нитробензола равен 98% от теоретического. Состав нитрующей смеси, мас. %: HNO₃ – 20; H₂SO₄ – 60; Н₂О – 20. Расход нитрующей смеси 4 кг/кг бензола. Процесс идет по реакции

С₆Н₆ + HNO₃ = C₆H₅NO₂ + Н₂О

3. Для получения серного ангидрида (SO₃) используют обжиговый газ состава, об. %: SO₂ – 9,5; SO₃ – 0,1; O₂ – 13; N₂ – 77,4. Концентрация SO₂ на выходе из контактного аппарата равна 0,1 мас. д. Определить степень окисления SO₂ и составить материальный баланс в расчете на 1 т SO₃ в конечной смеси.

4. Составить таблицу материального баланса контактного аппарата для каталитического окисления оксида серы SО₂ в серный ангидрид SО₃ производительностью 10 000 м³/ч исходного газа следующего состава, об. %: SО₂ – 8,5; О₂ – 12,5; N₂ – 79. Степень окисления SО₂ в SО₃ составляет 98%. Расчет вести на производительность в кг/ч.

SО₂ + 0,5О₂ = SО₃

5. Составить материальный баланс процесса получения сульфида натрия по реакции

Na₂SО₄ + 4Н₂ = Na₂S + 4Н₂О

если степень превращения водорода равна 0,97, производительность по Na₂SО₄ – 250 т/сут. Состав сульфата натрия, %: Na₂SО₄ – 99, NaCl – 1. Степень превращения Na₂SО₄ равна 94%. Состав технического водорода, об. %: Н₂ – 97, N₂ – 2,2; Cl₂ – 0,8.

6. Рассчитать материальный баланс башни сжигания фосфора, орошаемой водой. Производительность по Р₂О₅ равна 4 т/ч. Содержание фосфора в техническом желтом фосфоре составляет 99,5%. Коэффициент избытка воздуха при сжигании равен 25%. Концентрация вытекающей из башни Н₃РО₄ – 20%.

7. Составить материальный баланс сжигания сероводорода производительностью 15 т/ч (на моногидрат Н₂SО₄). Исходный газ содержит 55 об. % Н₂S, 45% влаги. На 1 м³ газа в печь подается 10 м³ воздуха. Степень превращения серы составляет 98%.

8. Сульфат железа (III) получают по реакции

6FeSO₄ + 3Н₂SО₄ + 2НNО₃ = 3Fe₂(SO₄)₃ + 4Н₂О + 2NО

На окисление подают 1 т железного купороса, содержащего, %: FeSO₄ · 7Н₂О  95; Н₂SО₄  2; Н₂О  3; Н₂SО₄  92; НNО₃  68.

Рассчитать материальный баланс получения Fe₂(SO₄)₃, если серную кислоту подают по стехиометрии, а азотную  с избытком 10%.

9. Нитрат натрия получают из нитрат-нитритных щелоков, содержащих 20 мас. % NaNО₂ и 12 мас. % NaNО₃, по реакции

3NaNО₂ + 2НNО₃ = 3NaNО₃ + 2NО + Н₂О

Определить расход азотной кислоты, содержащей 45 мас. % НNО₃, на получение 1000 кг NaNО₃. Вычислить состав раствора и составить таблицу материального баланса.

10. Рассчитать часовой расход фосфорита (30% Р₂О₅), кокса (85% С) и кварца (97% SiO₂) на производство 4000 кг/ч элементарного фосфора по реакции

Са₃(РО₄)₂ + 5С + 3SiO₂ = 3СаО · SiO₂ + 5СО + 2Р

Степень восстановления фосфора равна 98%, а потери фосфора вследствие побочных реакций – 10%. Составить таблицу материального баланса.

11. Раствор, содержащий 35% Na₄Fe(CN)₆, охлажден до 219 К, в насыщенном растворе при этой температуре содержится 14,3% Na₄Fe(CN)₆, в осадке  кристаллы Na₄Fe(CN)₆ · 10Н₂О. Рассчитать материальный баланс процесса на 1000 кг Na₄Fe(CN)₆ · 10Н₂О.

12. Перманганат калия получают по реакции

2MnO₂ + 2KОН + 1,5О₂ = 2KMnO₄ + Н₂О

В качестве исходных веществ используется руда, содержащая 95% MnO₂, гидроксид калия, содержащий 92% KОН, и технический кислород, в состав которого входит 5 об. % азота. Составить материальный баланс получения KMnO₄ на 1000 кг руды и выход перманганата калия, если общая степень превращения марганца в процессе равна 92%, гидроксида калия – 90%, кислорода – 85%.

13. Определить количество водяных паров и количество получаемого 20%-ного раствора этилового спирта из 150 000 м³ этиленового газа, содержащего 85 об. % этилена и 15% воды, по реакции

С₂Н₄ + Н₂О = С₂Н₅ОН

если степень превращения этилена равна 98%. Составить материальный баланс процесса.

14. Составить материальный баланс (кг) процесса окисления NH₃(на 1 т NH₃) по реакциям

4NH₃ + 5O₂  4NO + 6H₂O

4NH₃ + 3O₂  2N₂ + 6H₂O

предполагая, что степень превращения аммиака равна 99%, и 2% NH₃окисляется до азота. Aммиачно-воздушная смесь содержит 0,13 об. д. NH₃.

15. Рассчитать материальный баланс на 1 т продукта процесса кристаллизации KCl, если исходный раствор содержит, мас. %: KCl – 21,7; NaCl – 17,0. Состав маточного раствора на выходе из кристаллизатора, мас. %: KCl – 12,5; NaCl – 18,5. При кристаллизации 1 т KCl испаряется 70 кг воды.

16. Составить материальный баланс производства карбамида (на 25 т сухого продукта), если избыток аммиака равен 120% от стехиометрического количества. Технический углекислый газ содержит 6 об. % примесей в виде N₂. Степень превращения карбамата аммония в карбамид составляет 68%. Процесс проходит по следующим реакциям

СО₂ + 2NH₃ = NH₂СО₂NH₄

NH₂СО₂NH₄ = СО(NH₂)₂ + H₂О

17. Рассчитать материальный баланс производства метилового спирта по следующим реакциям:

СО + 2Н₂ = СН₃ОН (I)

2СН₃ОН = СН₃ОСН₃ + Н₂О (II)

если в колонну поступает 15 м³/с свежего газа состава, об. %: СО – 31; Н₂ – 64; N₂ – 1; СН₄ – 4. Степень превращения по реакции (I) составляет 95%, по реакции (II) – 11. Определить расход газа на 1000 кг чистого спирта и состав продуктов (мас. %).