расчеты химико-технологических процессов

11

1.19. Рассчитать расходные коэффициенты по сырью при сжигании сероводорода для производства 1 т 100%-ной серной кислоты, если исходный газ содержит «Х»

% сероводорода. Отношение сероводорода к воздуху составляет«Y». Производ-

ственные потери «Z» %.

1.20. Получение разбавленной азотной кислоты состоит из двух основных стадий:

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O

4NO + 3O2 + 2H2O → 4HNO3

Исходные вещества берутся в стехиометрическом соотношении. Степень окисле-

ния аммиака в первой стадии равна«Х», степень превращения оксида азота во второй стадии «Y». Рассчитать расходные коэффициенты по аммиаку и воздуху на 1 т 100%-ной азотной кислоты, если для окисления используется воздух сле-

дующего состава: 23,3 % масс. кислорода и 76,7 % масс. азота.

12

1.21. Рассчитать расходные коэффициенты по сырью на 1 т «Х»%-ной аммиачной селитры. В производстве используется «Y»%-ный аммиак и«Z»%-ная азотная кислота. Производственные потери «Р» %.

1.22. Определить годовую производительность колонны синтеза аммиака в расчё-

те на 100%-ный аммиак, если каждый час вырабатывается«Х» т аммиака с кон-

центрацией «Y» %.

1.23. Определить производительность в сутки роторного резиносмесителя закры-

того типа, если из его камеры каждые 10 мин выгружается 250 кг смеси.

1.24. За 1 час выращивания в 1 м3 питательной среды можно собрать 2,9 кг кормо-

вых дрожжей. Рассчитать производительность в сутки реактора емкостью 8 м3.

1.25. Определить расходные коэффициенты сырья для производства1 т фосфата аммония (NH4)3PO4, если исходные продукты следующие: 55%-ная фосфорная кислота; 98%-ный аммиак; влаги - 2 %.

13

1.26. Вычислить расходные коэффициенты на 1 т оксида серы (IV), если содержа-

ние серы в руде серного колчедана 45 %, влаги - 1,5 %, воздух на обжиг колчедана подают с избытком в 1,5 раза.

1.27. Для получения 1 т метилового спирта израсходовано12065 м3 синтез-газа

(СО:Н2 = 1:2). Рассчитайте выход метилового спирта при конверсии, если пре-

вращение за проход исходной смеси газов - 20 %.

1.28. Сколько потребуется сульфата железаFeSO4·7H2O и хромового ангидрида

CrO3 для получения 1 т железохромового катализатора конверсии оксида углеро-

да, имеющего следующий состав: 90 % Fe2O3; 10 % Cr2O3?

1.29. Рассчитать расход колчедана, содержащего 40 % S на 1 т H2SO4, если потери

S и сернистого ангидрида в производстве серной кислоты составляют3 %, а сте-

пень абсорбции - 99 %.

1.30. Определить расход бурого угля(70 % массовых долей С), водяного пара и воздуха для получения 1000 м3 генераторного газа, содержащего, %: СО - 40, Н2 - 18, N2 - 42. Процесс газификации твёрдого топлива содержит две основные реак-

ции:

С + Н2О → СО + Н2 2С + О2 → 2СО

1.31. Рассчитать расходные коэффициенты при производстве1 т фосфора разло-

жением фосфоритного концентрата. Процесс описывается уравнением Са3(РО4)2 + 5С + 3SiO2 → 3CaO·SiO2 + 2P + 5CO

Концентрат содержит 25 % масс. Р2О5, кокс - 94,5 % масс. углерода, степень вос-

становления фосфора равна 0,85.

14

1.32. Рассчитать необходимый объём 68%-ной Н2SO4 для разложения 100 г апати-

тового концентрата, содержащего 39 % Р2О5. Плотность Н2SO4 (68 %) составляет

1,5874 г/см3. Реакция разложения

2Ca5F(PO4)3 + 7 Н2SO4 → 3Ca(H2PO4)2 + 7CaSO4 + 2HF

1.33. Взаимодействие ацетилена с формальдегидом даёт промежуточный продукт

– пропаргиловый спирт, а затем бутиндиол-1,4 по схеме С2Н2 + СН2О → С3Н4О + СН2О → С4Н6О2

Степень превращения по ацетилену составляет0,98, селективность по пропарги-

ловому спирту - 0,66. Рассчитать необходимое количество ацетилена и формаль-

дегида для получения 350 кг пропаргилового спирта в час.

1.34. Протекает реакция А → 3R. Определить состав реакционной смеси на выхо-

де из реактора, если САО = 1 кмоль/м3, хА = 0,5. Принять, что объём реакционной смеси не меняется.

1.35. В газовой фазе протекает реакция А+ В → 3R. Определить состав реакци-

онной смеси в молярных долях, если NАО = NВО = 1 кмоль, хА = 0,9.

1.36.Дана реакция 2А + 3В → R. С целью более полного использования вещества А в реактор подаётся избыток вещества В, в 2 раза больший, чем требуется по стехиометрии. Определить хВ, если хА = 0,9.

1.37.При дегидратации этилового спирта

2С2Н5ОН → (С2Н5)2О + Н2О

степень его превращения составила 0,8. Найти состав полученной смеси и вы-

ход продукта, если исходное количество спирта 18 кмоль.

1.38. Для проведения реакции дегидратации этилового спирта

2С2Н5ОН → (С2Н5)2О + Н2О

15

взято исходное количество спирта, равное 24 кмоль, получено 8 кмоль эфира.

Рассчитать состав полученной реакционной смеси, степень превращения реагента и выход продукта.

1.39. При дегидратации этилового спирта 2С2Н5ОН → (С2Н5)2О + Н2О

его степень превращения составила 0,6. Найти состав полученной смеси и выход продукта, если исходное количество спирта 18 моль.

1.40. Протекают последовательные реакции А → 2R и R → S. Определить степень превращения, выход и селективность по продуктуR, если известен конечный со-

став реакционной смеси, кмоль/м3: CA = 1, CR = 2, CS = 2.

1.41. Определить выход продукта R и степень превращения реагента А, если об-

ратимая реакция А ↔ 2R протекает до равновесия, когда хА = 0,75 + хА, а соотно-

шение концентраций продукта и реагента CR/CA = 1.

1.42. Определить степень превращения соды и выход продукта при получении из-

вестковым способом 10 т 40%-ного раствора NaOH:

Na2CO3 + CaO + H2O → 2NaOH + CaCO3

2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O

если для производства взято 5,75 т содового сырья, содержащего 95 % Na2CO3 и 5 % NaHCO3.

1.43. При проведении двух последовательных реакций первого порядка гидрата-

ции ацетилена и дегидратации ацетальдегида С2Н2 + Н2О → СН3СНО

2СН3 - СНО → СН3 – СН = СН - СНО + Н2О

из 1 кмоль ацетилена и 10 кмоль водяного пара получено 0,4 кмоль ацетальдегида и 0,025 кмоль кротонового альдегида. Рассчитать общую и частные степени пре-

16

вращения ацетилена (по обеим реакциям), состав полученной реакционной смеси,

интегральную селективность по ацетальдегиду и выход ацетальдегида.

1.44. При проведении последовательной реакции дегидрирования

С4Н10 → C4H8 → C4H6

частные степени превращения бутана в бутилен и бутадиен составляют соответ-

ственно 0,38 и 0,04. Рассчитать состав полученной реакционной смеси, общую степень превращения бутана, интегральную селективность и выход по бутилену,

если исходное количество бутана 21 кмоль.

1.45. Получение фенола состоит из трёх стадий:

С6Н6 + СН2СНСН3 → C6Н5СН(СН3)2 → С6H5C(CH3)2OOH→ C6H5OH + + C(CH3)2O

Рассчитать расход бензола и пропан-пропиленовой фракции газов крекинга (30 % объёмных долей пропилена и 70% объёмных долей пропана) для производства

1 т фенола, если выход изопропилбензола из бензола составляет90 %, фенола из изопропилбензола через стадию окисления изопропилбензола в гидропероксид93 %.

1.46. Рассчитать расход аммиака и воздуха на 1 т моногидрата HNO3 если степень окисления NH3 в NO равна 0,96, а степень абсорбции оксидов азота – 0,98. Расход воздуха учитывать только в реакциях окисления NH3 и NO.

Брутто-реакция NH3+2O2 → HNO3 + H2O.

1.47. Рассчитать расход аммиака и воздуха на 1 т 50%-ной азотной кислоты при степени окисления аммиака в оксид азота 0,95 и степени абсорбции оксидов азота

0,96. При расчёте расхода воздуха учитывать только стехиометрию реакций по схеме

NH3 → NO → NO2 → HNO3

17

1.48. Рассчитать количество и состав газа, получаемого при окислении 900 м3 ам-

миачно-воздушной смеси, содержащей 6 % массовых долей аммиака в воздухе.

Степень окисления аммиака равна 0,97, выход оксида азота равен 95 %. Считать,

что аммиак окисляется до оксида азота и азота.

1.49. Нагрузка на реактор синтеза аммиака составляет2000 м3/ч азотоводородной смеси стехиометрического состава, находящейся под давлением 2,5 МПа и темпе-

ратуре 700 К. Газ на выходе из реактора содержит 20 % объёмных долей аммиака,

тепловой эффект реакции - 112 кДж. Рассчитать состав газовой смеси на выходе из реактора и количество выделенной теплоты.

1.50. Определить количество аммиака, требуемое для производства100 т/год

100%-ной азотной кислоты, и расход воздуха на окисление аммиака, если цех ра-

ботает 355 дней в году, выход оксида азота 0,97, степень абсорбции оксидов азота

0,92, содержание аммиака в сухой аммиачно-воздушной смеси9,5 % объёмных долей.

1.51. Газификация кокса, содержащего, % масс.: С - 96,5; Н2О - 3,5 с водяным па-

ром, осуществляется по реакциям:

С + Н2О → СО + Н2 СО + Н2О → СО2 + Н2

Степень превращения углерода равна 0,93, селективность процесса по СО - 0,88. Рассчитать состав полученного газа и составить материальный баланс про-

цесса газификации 1 т кокса указанного состава. Водяной пар поступает на про-

цесс в двукратном избытке по отношению к стехиометрии.

1.52. Протекают две параллельные реакции 2А → R и А → 3S. Определить выход продукта R, степень превращения реагента А и селективность по продукту R, если на выходе из реактора концентрации, кмоль/м3: СА = 2, СR = 3, СS = 6.

18

1.53. Протекают две параллельные реакции 2А → R и А → 3S. Определить выход продукта R, степень превращения реагента А и селективность по продукту R, если на выходе из реактора известны количества веществ: NA = 2 моль , NR = NS = 3

моль.

1.54. Протекает обратимая реакция +2А В ↔ 2R+S. Начальные количества ве-

ществ, кмоль: NA0 = 10, NB0 = 25, NR = 12. В равновесной смеси NA = 2,5 кмоль.

Определить выход продукта R по компоненту А.

1.55. Для реакции А+2В → 2R, протекающей в жидкой фазе, определить степень превращения хВ и состав реакционной смеси(СА, СВ, СR) при хА = 0,45, СА0 = 1, СВ0 = 2 и СА0 = 1, СВ0 = 1 кмоль/м3.

1.56. Определить состав реакционной смеси в конце процесса для реакции А+3B

→ 2R, протекающей в жидкой фазе, если

1)xA = 0,2;

2)хВ = 0,2;

3)СВ0 = 5 кмоль/м3.

19

2. СОСТАВЛЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ПРАКТИЧЕСКИХ

МАТЕРИАЛЬНЫХ БАЛАНСОВ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ. ТЕПЛОВЫЕ БАЛАНСЫ

Решение задач на составление материальных балансов оформляется в виде

таблицы:

Примечание: G1, G2, …, Gn - исходные реагенты; Q1, Q2, …, Qn – целевой и по-

бочные продукты, отходы и потери производства.

2.1. Составить теоретический материальный баланс получения 1 т нитрата аммо-

ния из природных соединений.

2.2. Составить материальный баланс процесса получения «Х» м3 сухого ацетилена при нормальных условиях. В процессе используются «Y»%-ный карбид кальция;

степень разложения карбида кальция составляет«Z». Соотношение исходных реагентов – стехиометрическое. Построить потоковую диаграмму.

20

2.3. Составить материальный баланс производства1 т технического этилового спирта, содержащего «Х» % С2Н5ОН, методом прямой гидратации этилена, если степень превращения этилена «Y» %. Соотношение исходных реагентов стехио-

метрическое. Построить потоковую диаграмму.

2.4. Составить материальный баланс процесса получения дивинила(по методу Лебедева) на 1 т «Х»%-ного этилового спирта, если степень превращения этанола в дивинил составляет «Y» %, побочными реакциями пренебречь. Построить по-

токовую диаграмму.

2.5. Составить материальный баланс процесса получения«Х» кг фенола методом гидролиза хлорбензола водяным паром, если на 1 м3 (при нормальных условиях)

хлорбензола подаётся «Y» м3 (при нормальных условиях) водяного пара. Степень гидролиза «Z» %. Построить потоковую диаграмму.