расчеты химико-технологических процессов

41

4.14. Определить ёмкость поглощения катионита, если высота его слоя в колонне

1,6 м, диаметр колонны 1,5 м, время работы без регенерации 75 ч. Жёсткость по-

ступающей в фильтр воды 5 ммоль/л, остаточная жёсткость 0,02 ммоль/л,

объёмная скорость потока 8 м3/ч.

4.15. Составить материальный баланс получения1 т соды, если в процессе ис-

пользуется рассол, содержащий «Х» г/л NaCl плотностью «Z» кг/м3. Степень кальцинации составляет «Y» %.

4.16. В результате обжига известняка получилась известь с содержанием %Х

СаО, Y % СаСО3, Z % SiO2 , N % кокса, остальное - зола. Рассчитать первона-

чальный состав шихты известняка, если степень окисления кокса равна α. Расчёт вести на 100 кг извести указанного состава.

4.17. Составить материальный баланс процесса получения 1 т «Х» %-ной кальци-

нированной соды по реакциям:

NaCl + CO2 + NH3 + H2O ↔ NaHCO3 + NH4Cl

2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2

42

Расход рассола «Y» м3 с содержанием в нёмNаCl «Z», г/л, даётся в таблице.

Плотность раствора 1,17 кг/дм3. Построить потоковую диаграмму.

4.18. Составить материальный баланс печи кальцинации в производстве соды на 1

т «Х» %-ного карбоната натрия (уравнение реакции в задаче4.17). Степень раз-

ложения гидрокарбоната натрия «Y» %. Построить потоковую диаграмму.

4.19. Составить материальный баланс умягчения воды фосфатным методом. Вода содержит «Х» мг-экв/дм3 Са+2 и «Y» мг-экв/дм3 Mg+2. Умягчение водыпроводится ортофосфатом натрия Na3PO4·12H2O, содержащим 98 % основного вещества. Сте-

пень умягчения воды составляет λ. Расход воды 1000 м3 в сутки. Ортофосфат бе-

рётся в избытке на Z %.

43

4.20. Составить материальный баланс умягчения 1000 м3 воды содовым методом,

если содержание гидрокарбоната кальция составляет «Х» г/л, а степень умягчения

«Y» %. Сода берётся в избытке «Z» %.

4.21. Cоставить материальный баланс умягчения воды известковым методом, если карбонатная жёсткость воды«Х» мг-экв/дм3, общая жесткость «Y» мг-экв/дм3.

Степень умягчения воды λ%, производительность установки «Z» м3 воды в час.

При расчёте принять, что карбонатная жёсткость воды обусловлена содержанием Са(НСО3)2, а некарбонатная СаСl2.

44

5.ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКТОРЫ

5.1.Составить кинетические уравнения по всем веществам, принимающим уча-

стие в сложной реакции:

к1

А + В ↔ R + S;

к2

к3

A + R → M.

Рассчитать скорость по компоненту В в начальный момент, если начальные кон-

центрации были равны «СА0», «СВ0», «СR0» = CS0 = 0, а константы скорости реак-

ции равны «к1», «к2», «к3».

5.2. При постоянной температуре протекают две параллельные реакции:

к1

А → R

к2

A → S,

46

5.5. Рассчитать объёмы РИВ и РИС-Н при проведении в них реакций второго по-

рядка 2А → R + S, объёмный расход реагентов V л/мин, степень превращения ХА, начальная концентрация СА0, кмоль/ м3, константа скорости реакции к = 0,062 м3/моль·с.

5.6. Определить, какое количество вещества А можно переработать в РИС-П за сутки при проведении реакции второго порядка 2А → R + S. Объём реактора

10 м3, степень превращения ХА, константа скорости к = 0,03 л/ моль·мин, началь-

ная концентрация реагента СА0, кмоль/ л, коэффициент заполнения реактора N,

время загрузки за одну операцию tвсп, мин.

5.7. Скорость реакции

С2Н3СООСН3 + NaHSO3 → NaSO3C2H4COOCH3

подчиняется кинетическому уравнению второго порядка

U= к[С2Н3СООСН3 ][ NaHSO3 ] ,

48

сти к1 = 22 л/(моль·мин), к2 = 2 л/(моль·мин); степень превращения ХА, объёмный расход V.

5.11. Проводится жидкофазная реакция первого порядка А → R. Константа скоро-

сти реакции равна 0,45 мин-1. Объёмный расход реагента составляет

30 л/мин. Определить степень превращения вещества А в реакторахРИС-Н и РИВ объёмом по 150 л.

5.12. Жидкофазная обратимая реакция 2А ↔ R проводится в РИС-Н объёмом 2.6

м3. Константа скорости прямой реакции к1 = 31,4 м3/(кмоль·мин), обратной – к2 = 2

мин-1. Концентрация исходного вещества 0,6 моль/л. Требуемая степень превра-

щения ХА=0,8. Определить производительность реактора по продукту R.

5.13. В реакторе протекает реакция второго порядка 2А → R с константой скоро-

сти реакции, равной 2,8·10-1 л/(моль·с). Начальная концентрация вещества А на входе в реактор равна 0,85 моль/л, степень превращения вещества А - 0,9.

49

Определить, какое количество вещества А можно переработать в РИС-Н объёмом

2 м3 и в РИВ объёмом 0,6 м3.

5.14. Жидкофазная обратимая реакция второго порядка А + В ↔ R + S проводит-

ся в реакторе идеального смешения объёмом40 л. Константа скорости прямой реакции к 1= 1,8 л/(моль·мин), обратной к2 = 0,8 л/(моль·мин).

Вещества А и В подаются раздельно в стехиометрическом соотношении. Концен-

трации веществ в индивидуальных потоках равны 0,5 моль/л.

Определить, какое количество веществ А и В перерабатывается за1 ч, если сте-

пень превращения вещества А составляет 0,85 от равновесной.

5.15. В жидкофазном процессе протекает реакция второго порядка2А → R с

константой скорости реакции, равной 2,3 л/(моль·мин). Объёмный расход смеси с

концентрацией исходного реагента СА0 = 0,5 кмоль/м3 равен 3,6 м3/ч. Определить производительность РИС-Н объёмом 0,4 м3 по продуктуR. Рассчитать объём РИВ для полученной производительности.

5.16. В реакторе периодического действия при проведении реакции получены следующие результаты:

Используя данные результаты, сравнить эффективность РИВ и РИС-Н для степе-

ни превращения 0,8.

5.17. Жидкофазный процесс, описываемый реакцией первого порядка А →R,

проводится в реакторе идеального смешения, время пребывания в котором со-

ставляет 360 с. Объёмный расход исходного вещества равен 4 м3/ч. Концентрация вещества А СА0 = 2 кмоль/м3. Рассчитать производительность по продукту R, если известно, что за 120 с в реакторе периодического действия в продукт превращает-

ся 40 % исходного вещества.

50

5.18. Жидкофазный процесс описывается простой реакцией первого порядка

А → R с константой скорости реакции к=0,45 мин-1. Объёмный расход вещества А составляет 30 л/мин. Определить степени превращения вещества А в РИС-Н и РИВ объёмом по 145 л.

5.19. Реактор периодического действия за8 ч работы производит 4,75 кмоль продукта. Для того чтобы загрузить реактор и нагреть до температуры реакции,

требуется 0,2 ч. Для того чтобы выгрузить продукт и подготовить реактор к сле-

дующему циклу, требуется 0,8 ч. Определить необходимый объём реактора, если

90 % поступающего в реактор исходного реагента с концентрацией8 моль/л под-

вергается превращению, константа скорости реакции к = 0,003 мин-1.

5.20. Жидкофазный процесс описывается простой реакцией первого порядка с константой скорости, равной 0,12 мин-1. Концентрация вещества А в исходном потоке равна 3 кмоль/м3. Требуемая степень превращения вещества А ХА=0,85.

Определить, какое количество вещества А можно переработать за1 ч в реакторе идеального смешения и реакторе идеального вытеснения объёмом 0,8 м3.

5.21. В реакторе периодического действия при изотермическом режиме работы и без изменения массовой плотности реакционной смеси проводят параллельную реакцию первого порядка:

к1

А → R

к2

A → S

Через 50 мин после начала реакции 90 % исходного вещества разложилось. Полу-

чившийся продукт содержит на 1 моль продукта S 9,1 моль продукта R. На начало реакции продукты R и S отсутствовали. Определить константы скоростей реак-

ций.