III. Примерные задачи для самостоятельной работы

1. Производительность реактора окислительного пиролиза метана равна 45 000 м³ газов пиролиза в час при времени реакции 0,003 с. Определить диаметр реакционной зоны, если ее длина составляет 600 мм.

2. Производительность реактора одностадийного дегидрирования н-бутана составляет 72 т бутадиена в сут­ки. Определить объем катализатора в реакторе, если производительность катализатора по бутадиену равна 90 кг/(м^3.ч)

3. Массовый расход этилбензола в реакторе получения стирола равен 12,9 т/ч, а объемная скорость подачи жидкого этилбензола равна 0,5 ч^-1. Плотность бензола равна 867 кг/м³. Определить высоту слоя катализатора в реакторе диаметром 6,5 м.

4. Массовый расход н-пентана в реакторе изомеризации равен 8,25 т/ч; плотность жидкого н-пентана равна 626 кг/м³. Определить объемную скорость подачи углеводорода в реактор, если объем катализатора составляет 12 м³.

5. Объемный расход метана, подаваемого в реактор газофазного хлорирования, равен 400 м³/ч; мольное от­ношение подаваемых метана и хлора равно 5: 1, а объ­емная скорость подачи газов в реакционное пространство составляет 240 ч^-1. Определить рабочий объем реактора.

6. Производительность установки гидрохлорирования ацетилена равна 1,2 т винилхлорида в час при производительности катализатора по винилхлорид 50 кг/(м^3.ч). Определить число реакторов, необходимых для обеспечения заданной производительности, если объем катализатора в каждом реакторе равен 6 м³.

7. Объемный расход синтез-газа в реакторе получения метанола равен 600 тыс. м³/ч, а объемная скорость подачи сырья составляет 10 000 ч^-1. Определить производительность катализатора, если производительность реактора равна 12 т метанола в час.

8. В результате прямой перегонки нефти получено в час 34 000 кг бензиновой фракции (123—153°С), массовые доли компонентов в которой: парафины 18,8%, ароматические 4,7%, непредельные 0,5%, нафтены 76%. Определить компонентный состав фракции и массовый расход нефти, если выход фракции составляет 18% от общего расхода нефти, поступающей на установку пря­мой перегонки.

9. В результате прямой перегонки нефти получено в час 52 000 кг бензиновой фракции (58—93°С), массовые вые доли компонентов в которой равны: парафины 4,9 %, непредельные 37,9%, ароматические 56,2%, нафтены 1,0%. Определить компонентный состав фракции и массовый расход нефти, если выход фракции составляет 62% от общего расхода нефти, поступающей на установку прямой перегонки.

10. В результате пиролиза нефти получено, в час 71 000 кг бензиновой фракции (93—123 °С), массовые доли компонентов в которой равны: парафины 7,1 %, непредельные 43%, ароматические 48,2%, нафтены 1,7%. Определить компонентный состав фракции и массовый расход нефти, если выход фракции составляет 68% от общего расхода нефти, поступающей на установку пиролиза.

11. В результате пиролиза нефти получено в час 68 000 кг бензиновой фракции (123—153 °С), массовые доли компонентов в которой равны: парафины 10,2%, непредельные 47,3%, ароматические 40,3%, нафтены 2,2%. Определить компонентный состав фракции и массовый расход нефти, если выход фракции составляет 70% от общего расхода нефти, поступающей на установку пиролиза.

12. При коксовании нефтяных остатков образуются нефтепродукты следующего состава (в массовых долях): 28% нефтяного кокса, 60% жидких дистиллятов, 12% крекинг-газа Рассчитать компонентный состав указанных продуктов, если на установку подают 38 800 кг нефтяного остатка в час, а степень его конверсии составляет 90%.

13. Вычислите теоретические расходные коэффици­енты для получения сульфатным методом 1 т 30%-ной соляной кислоты.

14. Определите расходный коэффициент техническо­го ацетальдегида (99%-ной чистоты) для получения 1 т уксусной кислоты: СН₃СНО + 0,5О₂→СН₃СООН, если выход кислоты по альдегиду 93,5%.

15. Определите расходные коэффициенты сырья для производства 1 т фосфата аммония (NH₄)₃PO₄, если ис­ходные продукты: 55%-ная фосфорная кислота; 98%-ный аммиак, влаги — 2%.

16. Вычислите расходные коэффициенты на 1 т ок­сида серы (IV), если содержание серы в руде серного колчедана 45%, влаги—1,5%, воздух на обжиг колче­дана подают с избытком в 1,5 раза.

17. Для получения 1 т метилового спирта израсходо­вано 12065 м³ синтез-газа (СО : Н₂= 1 : 2). Рассчитайте выход метилового спирта при конверсии, если превра­щение за проход исходной смеси газов — 20%.

Суммарная реакция получения дивинила по спо­собу С. В, Лебедева выражается уравнением

2С₂Н₅ОН→СН₂ = СН — СН = СН₂ + 2Н₂О + Н₂

Выход дивинила составляет 80%. Вычислите, сколько кг дивинила можно получить из 2000 м³ 96%-ного спир­та (ρ = 80,0 кг/м³).

18. Составьте материальный баланс процесса упаривания 100 т раствора NaOH, если первоначальная концентрация его была 15%-ной, а упаренного раствора 60%-ной. Потери при упаривании составляют 0,3%.

19. Составьте материальный баланс на получение 1 т карбида кальция, содержащего 90% СаС₂, сырье —антрацит марки АК с содержанием 96% углерода, а известь — 85% СаО.

20. Составьте материальный баланс производства 1000 м³ аммиака, если азотно-водородная смесь полу­чается смешением сырого азота (N₂ — 99,6%, О₂ — 0,2%, Аг —0,2%) и сырого водорода (Н₂ —99,6%, СН₄ —0,2%, СО—0,2%). Синтез ведут под давлением 30,3^.10⁶ Па, при температуре 673К. Концентрация аммиака в газах после колонны синтеза 18%, а в циркуляционном газе 4%, содержание других газов в циркуляционном га­зе 3%.

21. Составьте материальный баланс производства 1 т чистого метилового спирта, если исходная смесь га­зов состоит только из СО и Н₂ в соотношении 1 : 2, кон­версия синтез — газа 20%. Выход метилового спирта со­ставляет 87% от теоретического.

22. Составьте упрощенный материальный баланс на получение 1 т уксусной кислоты (без учета побочных реакций), если выход кислоты по реакции

СН₃СНО + 0,5 О₂→СН₃СООН

составляет 96% (от теоретического), технический ацетальдегид 99%-ной чистоты и реагирует на 98%, кис­лород связывается на 99%, иепрореагировавшего ацетальдегида остается 2%, кислорода 1% (2% ацетальдегида расходуется на побочные реакции).

23. Определите энтальпию и тепловой эффект ре­акции газификации твердого топлива, если из генера­тора водяного газа выходит газ следующего состава (в % по объему): СО —38, Н₂ —50; С0₂ —6,2; N₂ —5,8. Расчет следует вести на 1000 м³ генераторного газа. Теплота образования (в кДж/моль): СО— 110,580; Н₂О (пар) —242,0; СО₂ —343,79.

24. Определите теплоту образования ацетилена, ес­ли известно, что при сгорании 1 моль его выделяет 1608,1 кДж теплоты, а теплоты образования воды и углекислого газа составляют соответственно 241,840 кДж/моль и 394,08 кДж/моль.

25. Составьте тепловой баланс реактора синтеза метанола, если исходный газ имеет состав (в % по объему): 20 СО и 80 Н₂, скорость его подачи 80000 м³/ч при температуре на входе в реактор 473К, а на выходе 573 К. Конверсия СО 35%. Теплоемкость газа на вхо­де и на выходе одинакова и равна 32,3 (кДж/моль*К). С помощью холодильника отводится 20 240 000 кДж.

26. В 1975—1977 гг. в мире производили ежегодно 30 млн. т водорода. При этом около 70% получали из природного газа. Если известно, что за данный период добывали 700 млрд. м³ природного газа, рассчитайте, какая массовая доля его шла на производство водоро­да. Реальный выход водорода при паровой конверсии метана 2,3 моль/моль СН₄. Необходимо принять во внимание, что объемная доля метана в природном газе равна 90%.

27. Возможно получение метана из бурого угля с использованием теплоты ядерного реактора. Переработка такого угля массой 660 т с массовой долей угле­рода в угле 55,6% дает метан объемом 1,1*10⁵ м³. Определите выход метана в процентах от теоретичес­кого.

28. Один ядерный реактор мощностью 3000 кВт мо­жет обеспечить работу семи газогенераторов с массо­вым расходом 40 т/ч буроугольного полукокса с мас­совой долей углерода 72%. При этом получается синтез-газ для производства метанола, объемная доля СО в котором 31,5, а водорода 66,3%. Приняв выход метанола 80% от теоретического, а степень превращения полукокса в газ 90%, рассчитайте массу метанола, кото­рую можно получить на установке за сутки.

29. Рассчитайте, какой объем аммиака в год мо­жет быть получен при совместной работе коксохими­ческого завода, перерабатывающего в год шихту мас­сой 6 млн. т, и кислородно-конверторного цеха, где в сутки подвергают разделению 1,88*10⁶ м³ воздуха. Принять выход газа от шихты 300 м³/т. Объемная доля водорода в газе равна 55%, объемная доля азота в воздухе 78%.

30. При полукоксовании торфа получается газ, в котором объемные доли компонентов равны: Н₂—16; СН₄—18; СО₂—41; азот—11,5; СО—13,5%. Выход газа 18% от массы исходного сырья. Рассчитайте, какую массу торфа следует подвергнуть полукоксованию для заполнения газом газгольдера диаметром 18 м и высо­той 6 м (н. у.).

31. Энерготехнологический комбинат, где в год перерабатываются сланцы массой 16 млн. т, обеспечивается электроэнергией от собственной ТЭЦ установленной мощностью 240 тыс. кВт. ТЭЦ работает на газе, получающемся при термической переработке сланца. Выход газа 240 м³/т, его теплота сгорания 51 500 кДж/м³.Коэффициент полезного действия ТЭЦ 10%. Определите массовую долю сланца в процентах, расходующегося на производство электрической и тепловой энергии.

32. Рассчитайте теплоту, которую нужно отвести с помощью холодильника из реактора синтеза метанола, если тепловой эффект реакции Q_ρ=90 085 кДж/моль; исходный синтез-газ имеет состав 20% СО и 80% Н₂ (по объему), скорость подачи его 80 000 м³/ч при температуре на входе в реактор 473К, а на выходе 573 К. Конверсия СО 35%. Теплоемкость газа на входе и на выходе одинакова и равна С_ρ= 32,3 кДж/(кмоль*град). Тепловыми потерями пренеб­речь.

33. Синтез метилового спирта ведут под давлени­ем 3^.10⁷ Па и при температуре 623—673 К. Выходящий из реактора газ имеет состав (в % по объему): СН₃ОН—16, СО—12, Н₂—72. Рассчитайте соотношение СО и Н₂ в исходном газе, поступающем в колонну син­теза.

34. Состав газа (в % по объему), образующегося при электрокрекинге метана: С₂Н₂—13,3; С₂Н₄—0,9; СН₄—27,5; Н₂—48,4, других ацетиленовых углеводоро­дов и бензола 9,9%. Из газа выделяют ацетилен аб­сорбцией диметилформамидом. При этом происходит отделение этилена и других органических примесей. Отходящие газы содержат в основном водород и метан. Вычислите: 1) состав газа после обработки диметил­формамидом; 2) сколько аммиака (теоретически) мож­но получить из 1000 м³ газа электрокрекинга метана?

35. При окислительном пиролизе природного га­за с целью получения ацетилена необходимая теплота получается за счет сжигания части метана. Подсчитай­те общий тепловой эффект реакций термоокислительного крекинга (пиролиза) метана, если основные реак­ции пиролиза следующие:

СН₄+2О₂→СО₂+2Н₂О

СН₄+0,5О₂→СО+Н₂

2СН₄→С₂Н₂ + ЗН₂

На основании расчетов докажите, что необходимая теп­лота для реакции получения ацетилена выделяется при сжигании части метана.