расчеты химико-технологических процессов

21

2.6. Конверсия метана водяным паром протекает по реакции СН4 + Н2О ↔ СО + 3Н2

Степень конверсии «Х» %. Составить материальный баланс процесса конверсии на «Y» м3 метана. Соотношение исходных реагентов стехиометрическое. По-

строить потоковую диаграмму.

2.7. Конверсия оксида углерода (II) водяным паром протекает по реакции СО + Н2О ↔ СО2 + Н2

Степень конверсии «Х» %. Составить материальный баланс процесса конвер-

сии на «Y» м3 оксида углерода (при нормальных условиях). Соотношение исход-

ных реагентов стехиометрическое.

2.8. Составить материальный баланс обжига 1 т серного колчедана, содержащего

«Х» % серы. Степень выгорания серы «Y» %. Коэффициент избытка воздуха «Z».

Построить потоковую диаграмму. Состав воздуха принять 23,3 % масс. кислорода и 76,7 % масс. азота. Рассчитать концентрацию сернистого ангидрида в обжиго-

вом газе.

22

2.9. Составить материальный баланс контактного аппарата для каталитического окисления оксида серы (IV) в оксид серы (VI) производительностью «Х» м3 в

час исходного газа следующего состава, % масс.: оксид серы (IV) – «Y», кислород

- «Z» , остальное - азот. Степень окисления К %.

2.10. Основные стадии производства азотной кислоты: 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O 4NO + 3O2 + 2H2O → 4HNO3

Степень окисления аммиака равна«Х» %, степень абсорбции оксида азота «Y» %. Составить материальный баланс получения 1 т 100%-ной азотной кислоты.

2.11. Составить материальный баланс получения азотной кислоты из1 т оксида азота (II). Степень абсорбции «Х» %. Определить количество воздуха (состав воз-

духа принять 23,3 % масс. кислорода и 76,7 % масс. азота), которое необходимо добавить для окислении образующегося NO до оксида азота (IV).

23

2.12. Составить материальный баланс прямого синтеза концентрированной азот-

ной кислоты (на 1 т «Х»%-ной кислоты):

4NO2 +2 H2O + O2 → 4HNO3

Степень превращения NO2 в HNO3 «Y» %.

2.13. Составить материальный баланс получения1 т «Х»% -ной аммиачной се-

литры. В производстве используется «Y»%-ный аммиак , «Z»%-ная азотная ки-

слота.

2.14. Рассчитать материальный баланс нейтрализатора для получения аммиачной селитры производительностью «Х» т нитрата аммония в час. В производстве применяется «Y»%-ная азотная кислота и 100%-ный аммиак. Потери азотной ки-

слоты и аммиака составляют «Z» %. Из нейтрализатора аммиачная селитра выхо-

дит в виде «N»%-ного раствора нитрата аммония в воде. Определить количество влаги, испарившейся в результате экзотермической реакции. Построить потоко-

вую диаграмму.

24

2.15. Составить материальный баланс получения 1 т «Х»%-ного карбамида, если для реакции берётся «Y»-кратный избыток аммиака против стехиометрического количества. Степень превращения оксида углерода (IV) в карбамид равна «Z» %.

Построить потоковую диаграмму.

2.16. Цианамид получают по реакции

CaC2 + N2 → CaCN2 + C

Составить материальный баланс процесса производства «Z» т технического цианамида, содержащего «Х» % связанного азота. Расход азота составляет «Y»м3

(при н.у.). Построить потоковую диаграмму.

2.17. Составить материальный баланс получения1 т фосфора из фосфоритного концентрата, содержащего «Х» % фосфата кальция, если кокс содержит“Y” %

углерода, а содержание примесей в песке «Z» %. Степень восстановления фосфо-

ра из фосфорита «N» %. Построить потоковую диаграмму.

25

2.18. Составить материальный баланс производства 1000 м3 аммиака, если азото-

водородная смесь получается смешением сырого азота(N2 – 99,6 %, O2 – 0,2 %, Ar – 0,2 %) и сырого водорода (Н2 - 99,6 %, СН4 - 0,2 %, СО - 0,2 %). Синтез ведут под давлением 30,3·106 Па, при температуре 673 К. Концентрация аммиака в газах после колонны синтеза 18 % , а в циркуляционном газе4 %, содержание других газов в циркуляционном газе 3 %.

2.19. Составить материальный баланс производства 1 т чистого метилового спир-

та, если исходная смесь газов состоит только из СО и Н в соотношении 1:2, кон-

2

версия синтез-газа 20 %. Выход метилового спирта составляет 87 % от теоретиче-

ского.

2.20. Составить материальный баланс процесса газификации 1 т кокса, идущей по реакциям

С + Н2О → СО + Н2 – 131 кДж СО + Н2О ↔ СО2 + Н2 + 42 кДж В

коксе содержится 4 % массовых долей зольных примесей, массовое соотно-шение пар/кокс равно 1,8, степень превращения углерода в коксе – 0,9, выход

оксида углерода - 0,85. Найти также общее количество подведённой теплоты.

2.21. Составить материальный баланс процесса паровой конверсии метана СН4 + Н2О ↔ СО + 3Н2

26

если степень превращения метана равна0,95, а мольное отношение НО/СН =3.

2 4

Расчёт вести на 1000 м3 исходной парогазовой смеси.

2.22. Определить расход воздуха для дожигания100 м3 отходящих газов, состоя-

щих, % об.:

Рассчитать состав газовой смеси после дожигания:

2СО + О2 → 2СО2

2.23. Определить расход сухого воздуха, количество и состав обжигового газа,

количество и состав огарка при обжиге1 т/ч флотационного колчедана, содержа-

щего 38 % массовых долей серы. В колчедане выгорает 96 % серы. Коэффициент избытка воздуха составляет 1,4 по отношению к стехиометрии.

2.24. Составить уравнения материального баланса для ХТС конверсии метана во-

дяным паром с целью получения стехиометрической азото-водородной смеси для синтеза аммиака. Объём метана, подаваемого на конверсию, Vj; мольное соотно-

шение метана и водяного пара 1:3.

2.25. В установку конверсии метана водяным паром подаётся20000 м3/ч метана.

Степень конверсии метана равна 0,98. Оксид углерода, образующийся в результа-

те конверсии метана, подвергается конверсии водяным паром в следующем реак-

торе, при этом степень его конверсии составляет0,96. Рассчитать материальный баланс установки производства азото-водородной смеси с соотношением азота к водороду как 1,0:3,1.

2.26. Составить материальный баланс реактора окисления аммиака, в который по-

27

об. аммиака. Степень превращения аммиака - 0,98; селективность по оксиду азота

- 0,95. Побочным продуктом считать только азот.

2.27. Рассчитать состав и количество нитрозных газов, получаемых при окисле-

нии 850 м3/ч аммиачно-воздушной смеси, содержащей 9 % аммиака. Степень окисления аммиака равна 0,97, выход оксида азота составляет 0,95.

2.28. Составить материальный баланс печи сжигания серы производительностью

60 т/сут. Степень окисления серы 0,95 (остальная сера возгоняется и сгорает вне печи). Коэффициент избытка воздуха 1,5. Расчёт вести на производительность пе-

чи по сжигаемой сере в килограммах в час.

2.29. Составить материальный баланс производства оксида этилена прямым ката-

литическим окислением этилена воздухом. Состав исходной газовой смеси - 3 %

об. этилена в воздухе. Степень окисления этилена 0,5. Расчёт вести на 1 т оксида этилена. Процесс описывается химическим уравнением

2СН2 = СН2 + О2 → 2(СН2)2О

2.30. Составить материальный баланс хлоратора в производстве1 т хлорбензола.

Содержание продуктов, % масс.: бензол - 65,0; хлорбензол - 32,0; дихлорбензол - 2,5; трихлорбензол - 0,5. Технический бензол содержит 97,5 % масс. С6Н6, техни-

ческий хлор – 98 % масс. Cl2.

2.31. Составить материальный баланс нитратора производительностью 3 т/ч

нитробензола. Выход нитробензола составляет98 % от теоретического. Состав нитрующей смеси, % масс.: HNO3 - 20; H2SO4 - 60; H2O - 20. Расход нитрующей смеси 4 кг на 1 кг бензола. Нитрование бензола осуществляется в реакторе по ре-

акции

С6Н6 + HNO3 → C6H5NO2 + H2O

28

2.32. При термоокислительном крекинге метана для получения ацетилена смесь газов имеет следующий состав(% об.): С2Н2 - 8,5; Н2 - 57; СО - 25,3; СО2 - 3,7;

С2Н2 - 0,5; СН4 - 4,0; Ar - 1,0. Определить количество метана, которое нужно под-

вергнуть крекингу, чтобы из отходов крекинга после отделения ацетилена полу-

чить 1 т метанола:

СО + 2Н2 ↔ СН3ОН Из 1 т исходного метана получается после выделения ацетилена 1160 кг смеси га-

зов.

2.33. Составить материальный баланс производства1 т сульфата натрия, если в производстве используется поваренная соль, содержащая 97 % NaCl, и купорос-

ное масло, содержащее 93 % масс. H2SO4. Степень разложения NaCl составляет

93 %.

2.34. Рассчитать материальный баланс производства61%-ной азотной кислоты при условии, что выход оксида азота при окислении аммиака составляет97 %.

Побочный продукт окисления – только азот. Степень абсорбции диоксида азота равна 99 %. Аммиачно-воздушная смесь перед реактором окисления содержит9 % аммиака. Воздух, подаваемый в производство, имеет относительную влажность

47 %.

2.35. По условиям задачи 2.36 составить тепловой баланс реактора окисления ам-

миака, считая, что температура воздуха равна21 оС. Окисление аммиака ведётся при температуре 850 оС. Потери теплоты в окружающую среду составляют5 %

общего количества теплоты.

2.36. Составить материальный баланс реактора окисления аммиака, в который по-

ступает аммиачно-воздушная смесь с расходом 60 000 м3/ч, содержащая 10 %

об. аммиака. Селективность по оксиду азота составляет0,95 при полном превра-

29

щении аммиака. Принять, что в качестве единственного побочного продукта об-

разуется азот.

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

миачно-воздушной смеси, содержащей 6 % масс. аммиака в воздухе. Степень окисления аммиака составляет 0,97 %, выход оксида азота равен95 %. Считать,

что аммиак окисляется до оксида азота (II) и азота.

2.38. Определить расход бурого угля(70 % массовых долей углерода), водяного пара и воздуха для получения1000 м3 генераторного газа, в состав которого вхо-

дят, % об.: СО - 40, Н2 – 18, N2 - 42. Процесс газификации протекает по реакциям:

1)С + Н2О → СО + Н2

2)2С + О2 → 2СО

2.39.Составить материальный баланс процесса газификации 1 т кокса, идущей по реакциям:

С+ Н2О → СО + Н2 – 131 кДж

СО + Н2О ↔ СО2 + Н2 + 42 кДж В коксе содержится 3 % масс. зольных примесей, массовое соотношение пар/кокс

составляет 1,5, степень превращения углерода в коксе- 0,98, выход монооксида углерода - 0,90. Найти также общее количество подведённой теплоты.

2.40. Составить материальный баланс процесса паровой конверсии метана СН4 + Н2О ↔ СО + 3Н2 - 206,4 кДж

и рассчитать количество потребляемой теплоты, если степень превращения СН

4

равна 0,95, мольное соотношение Н2О/СН4=3. Расчёт вести на 1000 м3 исходной парогазовой смеси.

2.41. Составить материальный баланс электрокрекинга природного газа (состав газа, % об.: СН4 - 98; N2 - 2)

2CH4 → C2H2 + 3H2

30

если степень превращения метана равна 0,51.

Баланс составить:

а) на 1000 м3 исходного газа;

б) на 1000 м3 ацетилена;

в) на 1000 м3 водорода.

2.42. Составить материальный баланс и рассчитать выходSO2 при обжиге 1000

кг руды, содержащей 22 % массовых долей серы в виде сульфида цинка(осталь-

ное - несгораемые примеси) и при подаче полуторакратного избытка воздуха по отношению к стехиометрии. Реакция обжига

2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2

В огарке содержится 0,5 % масс. серы.

2.43. Рассчитать количество теплоты, выделяемой при окислении 1000 м3 SO2 в

2.44. Составить тепловой баланс реактора синтеза метанола, если исходный газ имеет состав (в % по объёму): 20 СО и 80 Н2. Скорость его подачи 80000 м3/ч при

2.45. Определить энтальпию и тепловой эффект реакции газификации твёрдого топлива, если из генератора водяного газа выходит газ следующего состава(в %

по объёму): СО – 38; Н2 - 50; СО2 - 6,2; N2 - 5.8. Расчёт вести на 1000 м3 генератор-

ного газа. Теплота образования, кДж/моль: СО - 110,580; Н2О (пар) - 242,0; СО2 - 343,79.