расчеты химико-технологических процессов
.pdf31
2.46. Определить количество теплоты, выделяющейся при обжиге 1 т колчедана,
содержащего 38 % серы, если степень выгорания серы 0,96. Тепловой эффект по
FeS2 равен 3413,2 кДж/моль.
2.47. Определить количество теплоты, выделяющейся при сгорании 900 т серы.
Степень выгорания 0,98.
2.48. Определить количество теплоты и теоретический расход воздуха при обжиге углистого колчедана, содержащего 35 % серы и 5 % углерода. Энтальпии горения колчедана и углерода соответственно равны 3415700 и 409872
кДж/моль. Расчёт вести на 100 кг колчедана.
32
3. СТЕХИОМЕТРИЯ И КОНЦЕНТРАЦИИ В РАСЧЕТАХ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
3.1. Какую массу воды нужно прибавить к200 мл 30%-ного (по массе) раствора
NaOH (плотность равна 1,33 г/мл) для получения 10%-ного раствора щёлочи?
3.2.Какой объём 96%-ной серной кислоты плотностью1,84 г/см3 и какую массу воды надо взять для приготовления100 мл 15%-ного раствора серной кислоты плотностью 1,10 г/см3?
3.3.Сколько граммов Na2SO3 потребуется для приготовления5 л 8%-ного (по массе) раствора плотностью 1,075 г/мл?
3.4.Из 400 г 50%-ного (по массе) раствора H2SO4 выпариванием удалили 100 г
воды. Чему равна массовая доля H2SO4 в оставшемся растворе?
3.5.На кристаллизацию поступает 10 т насыщенного водного раствора хлористо-
го калия при 100 оС. Во время кристаллизации раствор охлаждается до |
20 оС. |
Определить выход кристаллов хлористого калия, если растворимость его при 100
оС составляет 56,7 г, а при 20 оС 34,0 г на 100 г воды.
3.6. Какой концентрации и в каком количестве надо взять серную кислоту или олеум, чтобы при смешении её с72%-ной азотной кислотой получить1800 кг смеси следующего состава:
62 % H2SO4
30 % HNO3
8 % H2O
3.7. Требуется приготовить смесь кислот следующего состава: 68,6 % H2SO4;
33
23,5 % HNO3. В качестве исходных продуктов служат:
а) смесь 52,7%-ной H2SO4 и 38,2%-ной HNO3;
б) 98,0%-ная серная кислота;
в) 74,0%-ная серная кислота;
Сколько требуется взять каждого из исходных продуктов для приготовления100
кг конечной смеси?
3.8. На осушку от водяных паров из электролизного цеха поступает10000 м3/ ч
газообразного хлора с температурой 60 оС и с содержанием водяных паров 120 г
в одном кубометре газообразного хлора. Необходимо понизить содержание водя-
ных паров до 1 г/м3 газообразного хлора. Осушку проводят серной кислотой кон-
центрацией 96 %. Концентрация H2SO4, выходящей из осушительной колонны,
равна 80 %. Определить расход концентрированной серной кислоты и количество удаляемой воды.
3.9. Сколько граммов 30%-ного (по массе) раствора NaCl нужно добавить к 300 г
воды, чтобы получить 10%-ный раствор соли?
3.10. К 500 мл 32%-ной (по массе) HNO3 плотностью 1,2 г/мл прибавили 1 л воды.
Чему равна массовая доля HNO3 в полученном растворе?
3.11. Рассчитать состав смеси кислот, приготовленной из 200 кг 72%-ной серной кислоты, 200 кг олеума с содержанием 25% свободной SO3, 200 кг 48%-ной
HNO3. Выразить состав полученной смеси в весовых и молярных процентах.
3.12. Свежедобытый торф имел следующий состав: вода - 85,2 %; летучие - 8,8
%; кокс - 5,2 %; зола - 0,8 %. После воздушной сушки содержание влаги в нём оказалось 10 %. Подсчитать состав торфа после сушки.
3.13. Обожжённая известь после хранения на складе увеличила свою массу за счёт поглощения влаги на 4 %. Определить первоначальный состав извести, если по
34
анализу состав извести после хранения следующий: СО2 - 2,35 %; вода - 6,65 %;
примеси - 5,0 %; СаО свободный – 83 %. Углекислый газ в извести находится в виде СаСО3.
3.14. Смешано: а) 12,25 кг смеси кислот, включающей в себя 65 % H2SO4 и |
34 |
% HNO3; б) 5,63 кг олеума, содержащего 20 % SO3 свободного; в) 5,24 кг 94%-ной серной кислоты. Определить состав полученной смеси в процентах.
3.15. Из 1200 кг смеси (1) кислот, включающей в себя 68 % H2SO4 , 22 % HNO3 и
10 % Н2О, необходимо приготовить 2000 кг смеси (2), содержащей 63 % H2SO4 , 28 % HNO3 и 9 % Н2О. Для дозировки имеются 82%-ная азотная кислота, 92%-ная серная кислота и 20%-ный олеум. Сколько требуется взять азотной кислоты, оле-
ума и серной кислоты?
3.16. Сколько требуется взять технического сульфата калия с содержанием 74 % K2SO4, чтобы приготовить из 1 т сильвинита с содержанием 39 % КСl смешан-
ное удобрение с содержанием 30 % К2О?
3.17. Требуется приготовить 2 т смеси для цементного клинкера, содержащего 70 % СаО. Сколько необходимо взять для этой цели воздушной извести с содержа-
нием 80 % СаО и известняка с содержанием 66 % СаСО3?
3.18. Обжиговый газ, состоящий из 8 % объёмных долей SO2 и 12 % объёмных долей О2, остальное - азот, подвергнут окислению на катализаторе. Степень окис-
ления SO2 – 88 %. Рассчитать состав газа после окисления в процентах.
3.19. Воздух, подводимый к доменной печи, содержит, % об.: О2 – 21,1; N2 - 77,2; водяных паров - 1,6. Сколько потребуется добавить к воздуху кислорода,
чтобы его концентрация стала равной 25 % объёмных долей?
35
3.20. Газовая смесь содержит в молярных% (масс. %): Н2 - 27,3 (44,9); СО2 - 5,3 (21,9); N2 - 17,5 (7,8). Количество смеси - 350 кмоль (2750 кг). Рассчитать конеч-
ный состав смеси в масс. % (% об.), если удалено 320 кг (146 м3) СО2, 2900 м3
(280 м3) О2 и добавлено 37 кг (25 кмоль) метана.
3.21. На складе имеется 18%-ный олеум. Сколько такого олеума соответствует 5 т 94%-ной кислоты? Сколько 18%-ного олеума и оксида серы(VI) нужно для при-
готовления 1 т 24%-го олеума?
3.22. В смеситель поступает 1000 кг олеума, содержащего 20% свободной SO3 и
500 кг 90%-ной масс. H2SO4. Какова концентрация полученной смеси в масс. %?
3.23. Определите количество теплоты, которое выделяется при поглощении пара-
ми воды 1 кг оксида серы (VI). Теплота образования H2SO4 равна 175,2
кДж/моль.
3.24. В смесителе 15 т 75%-ной серной кислоты разбавлено до концентрации 65%-
ной. Сколько воды добавлено и сколько теплоты выделяется при этом?
3.25. В смесителе перемешивают 95%-ную кислоту с 65%-ной в соотношении 2:1.
Какой концентрации кислота получилась и сколько теплоты выделится в расчёте на 1 т.
3.26. В смеситель поступает 500 кг/ч 95%-ной серной кислоты. Сколько
35%-ной кислоты нужно добавить, чтобы получить 65%-ную кислоту? Олреде-
лить повышение температуры в результате смешения.
3.27. В производстве фосфорных удобрений используется 68%-ная серная кисло-
та. Сколько воды следует добавить к 75%-ной кислоте, чтобы получить 1 т 68%-
36
ной? Сколько теплоты нужно отводить, чтобы температура в смесителе осталась нормальной, комнатной?
3.28. Рассчитать конечный состав газовой смеси, если её исходный состав в масс. % (% об.): СН4 - 16,5 (20,7); С2Н6 - 9,7 (22,9); О2 - 44,9 (18,6); N2 - 28,9 (37,8). Коли-
чество смеси 1000 кг (1000 м3). Каков конечный состав смеси в % об. (масс. %),
если удалено: СН4 - 105 кг (150 м3), О2 - 300 м3 (150 кг); добавлено водяного пара - 200 м3 (100 кг)?
3.29.Определить соотношение между Н2 и N2 в азотоводородной смеси на входе в реактор синтеза аммиака, если в газе на выходе из него содержится, % об.: NH3 - 17, N2 - 11, H2 - 72.
3.30.В реакторе протекают следующие реакции:
А+2В → R; |
|
R+B → S; |
|
A+B → 2T. |
|
Начальные концентрации, кмоль/м3: СА0 = 2; СВ0 = 2,3; СR0 = CS0 = CT0 = 0. |
Объ- |
ёмный расход смеси 5·10-2 м3/с. Выходные концентрации, кмоль/ м3: |
СR = |
0,2; CS = 0,4; CA = 1,4.
Определить степени превращения вещества В по реакциям, производительность -
по продукту R.
3.31. Аккумуляторную кислоту (концентрация H2SO4 92,5 %) нужно разбавить водой до содержания в ней 38 % H2SO4. Сколько нужно взять воды для полу-
чения 180 кг разбавленной кислоты?
3.32. Сколько нужно взять купоросного масла (96%-ная H2SO4) и серной кислоты концентрацией 64 %, чтобы получить 2800 кг 83%-ной H2SO4?
37
3.33. Сколько нужно взять растворов поваренной соли с концентрациями310 и 230 г/л, чтобы получить 250 л раствора с концентрацией 280 г/л?
3.34. Азотную кислоту концентрацией 58 % нужно разбавить водой до концен-
трации 46 %. Сколько нужно взять воды, чтобы получить 2000 кг разбавленной кислоты?
3.35. Влажность 150 кг каменного угля при хранении на складе изменилась:
а) с 8,4 до 3,9 %;
б) с 0,2 до 4 %.
Как изменилась масса угля?
3.36. Влажность 200 кг серного колчедана при хранении на воздухе изменилась с
3 до 6 масс. %. Как при этом изменилась масса колчедана?
3.37. Влажность 300 кг извести при хранении на воздухе изменилась с2 масс. %
до 5 масс. %. Как при этом изменилась масса извести?
38
4. ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ (ХТС).
СЫРЬЕВАЯ ПОДСИСТЕМА ХТС
4.1. Определить жёсткость воды, если в «Х» литрах её содержится «Y» г ионов
кальция. Указать класс жёсткости.
Индекс |
а |
б |
в |
|
г |
д |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Х |
1 |
5 |
10 |
|
50 |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У |
0,1 |
0,1 |
20,0 |
|
10,0 |
10,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.2. Определить жёсткость воды, если в «Х» дм3 |
её содержится «Y» г ионов маг- |
||||||
ния. Указать класс жёсткости.
Индекс |
а |
б |
в |
г |
д |
|
|
|
|
|
|
Х |
2 |
5 |
10 |
100 |
1000 |
|
|
|
|
|
|
У |
0,024 |
0,060 |
0,048 |
0,600 |
3,600 |
|
|
|
|
|
|
4.3. Определить жёсткость воды, если в «Х» литрах её содержится «Y» мг ионов
кальция и «Z» мг ионов магния. Указать класс жёсткости.
Индекс |
а |
|
б |
|
в |
г |
д |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Х |
1 |
|
10 |
|
20 |
50 |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У |
20 |
|
200 |
|
200 |
1000 |
1000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z |
24 |
|
480 |
|
920 |
600 |
480 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.4. Определить |
жёсткость воды, если |
в «Х» дм3 |
её содержится«Y» мг ионов |
|||||
кальция и «Z» мг ионов магния. Указать класс жёсткости.
39
Индекс |
а |
б |
в |
г |
д |
|
|
|
|
|
|
Х |
1 |
10 |
100 |
1000 |
5000 |
|
|
|
|
|
|
У |
0,1 |
0,1 |
10,0 |
80,0 |
600,0 |
|
|
|
|
|
|
Z |
0,60 |
0,36 |
30,00 |
48,00 |
240,00 |
|
|
|
|
|
|
4.5. Сколько извести необходимо для умягчения«Х» м3 воды, если её временная жёсткость по ионам кальция равна«Y» мг-экв/дм3, а по ионам магния«Z» мг-
экв/дм3. Известь берётся в избытке «N» % против стехиометрии.
Индекс |
а |
б |
в |
г |
д |
|
|
|
|
|
|
Х |
1 |
10 |
50 |
100 |
1000 |
|
|
|
|
|
|
У |
2 |
2 |
5 |
7 |
1 |
|
|
|
|
|
|
Z |
2 |
5 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
|
|
|
N |
10 |
15 |
20 |
25 |
20 |
|
|
|
|
|
|
4.6. Сколько соды необходимо для умягчения«Х» м3 воды, если её жёсткость по ионам кальция составляет«Y» мг-экв/дм3, а по ионам магния«Z» мг-экв/дм3.
Степень умягчения воды «α». Сода берётся в избытке «N» %.
Индекс |
а |
б |
в |
г |
д |
|
|
|
|
|
|
Х |
1 |
10 |
100 |
100 |
1000 |
|
|
|
|
|
|
Y |
2 |
4 |
2 |
4 |
5 |
|
|
|
|
|
|
Z |
2 |
4 |
4 |
2 |
5 |
|
|
|
|
|
|
N |
10 |
10 |
15 |
15 |
20 |
|
|
|
|
|
|
α |
0,75 |
0,75 |
0,8 |
0,8 |
0,85 |
|
|
|
|
|
|
4.7. Умягчение воды проводится ортофосфатом натрия Na3PO4 · 12H2O, содержа-
щим «Х» % основного вещества. Степень умягчения воды составляет «α». Расход воды «Y» м3 в сутки. Ортофосфат натрия берётся в «Z» %-ном избытке. Вода со-
40
держит «N» мг-экв/дм3 ионов кальция и «М» мг-экв/дм3 ионов магния. Рассчитать суточное потребление тринатрийфосфата.
4.8. Определить общую жесткость воды, если на титрование карбонатов, содер-
жащихся в пробе объёмом75 мл, израсходовано 12 мл раствора НСl, молярная концентрация которой 0,03 моль/л; постоянная жесткость воды равна 2,1
ммоль/л.
4.9.Через катионитовый фильтр, рабочий объём которого 4,2 м3, пропускают воду
собъёмной скоростью течения 12 м3/ч. Определить емкость поглощения катиони-
та, если жёсткость исходной воды 6 ммоль/л, а умягчённой - 0,01 ммоль/л. Фильтр работает без регенерации 64 ч.
4.10. Мировое производство серной кислоты составляет100 млн. т в год. Рассчи-
тать, сколько основного сырья расходуется на производство, если известно, что доля колчедана в пересчёте на45 % составляет 47 % от общей массы; серы – 20 %; сероводорода – 8 %; отходящих газов различных производств– 25 %; газов,
содержащих оксиды серы (VI), - 0,3 %.
4.11. Обжигают 1000 кг колчедана, содержащего 40 % серы. Определить, сколько оксида серы (VI) и огарка получено, если степень выгорания пирита 99 %.
4.12.Определить время работы колонки сNa-катионитом до регенерации, если в неё поступает вода с жёсткостью5,0 ммоль/л и скоростью потока 10 м3/ч. Объём катионита 2 м3, его ёмкость поглощения 1200 моль/м3.
4.13.Сколько потребуется универсального катионита КУ-2, емкость поглощения которого 2,2 моль/кг, для обеспечения (без учёта регенерации) беспрерывной 20-
дневной работы фильтров производительностью70080 м3 воды в год. Среднюю
жёсткость исходной воды принять равной 6,1 ммоль/л.