6.4. Навчальні завдання

6.4.1. Приклади розв’язання задач

Задача 1. Скільки подвійного суперфосфату можна отримати з 5 t фосфориту, в якому міститься 7 % домішок, якщо вихід в технологічному процесі становить 94 %.

Розв’язання. Технологічний процес отримання подвійного суперфосфату з фосфориту відбувається за такою схемою:

Ca₃(PO₄)₂ + 4 H₃PO₄ = 3Ca (H₂PO₄)₂.

Відомо, що маса фосфориту разом з домішками становить 5t, тоді вміст чистого біс-тетраоксофосфату трикальцію = 5t  0,93.

Визначимо теоретичну масу подвійного суперфосфату, яку можна отримати теоретично за наведеною пропорцією:

тобто

Або:

Враховуючи, що вихід становить 94 %, знайдемо результуючу масу отриманого подвійного суперфосфату спочатку у вигляді алгоритму:

Підставимо в отриманий алгоритм значення молярних мас і підрахуємо масу одержаного продукту:

Задача 2. Скільки піриту з вмістом дисульфіду заліза 90% потрібно взяти для отримання 100m³ диоксиду сірки, якщо вихід в технологічному процесі становить 85 %.

Розв’язання: Технологічний процес обпалення піриту здійснюється за таким стехіометричним рівнянням:

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂.

Для розрахунків за цим рівнянням спочатку необхідно визначити теоретично можливий об’єм диоксиду сірки (або такий об’єм, який можна отримати за умови, що вихід в процесі складає 100 %, тобто відбувається без втрат). Для цього скористаємося відомим співвідношенням для виходу продукту:

де V_факт та V_теор — відповідно фактичний та теоретичний об’єм продукту. Тоді

Знайдемо масу чистого дисульфіду заліза, потрібну для отримання необхідного об’єму газу:

Тепер визначимо, яку масу сировини (тобто піриту разом з домішками) необхідно взяти для проведення технологічного процесу, якщо відомо, що маса чистого піриту в сировині складає 90 %. Тоді маса сировини:

Рішення представлено у вигляді алгоритму, тому для отримання цифрового значення потрібно підставити молярні маси та об’єми відповідних речовин:

Задача 3. Скільки аміачної селітри з вмістом домішок 5 % потрібно взяти замість 1t карбаміду з вмістом основного продукту 97 %, щоб кількість внесеного для підживлення рослин азоту залишилась однаковою.

Розв’язання. Визначимо масу азоту (a_N), яка міститься в карбаміді, враховуючи, що маса його без домішок в 1t добрива складає:

Тоді вміст азоту можна розрахувати за такою пропорцією:

Знайдемо, в якій масі аміачної селітри буде міститися обрахована нами маса азоту (aN):

.

Враховуючи, що в сировині міститься 5% домішок, алгоритм задачі набуває вигляду:

Підставивши значення молярних мас для триоксонітрату амонію (аміачної селітри) та карбаміду, отримаємо відповідь:

Задача 4. Розрахуйте матеріальний баланс та складіть схему руху матеріалопотоків отримання карбаміду з 10 т аміаку, якщо відомо, що:

1. для отримання диоксиду вуглецю використовують вапняк, що містить 8 % домішок, а вихід у процесі обпалення складає 90 %;

2. технологічний процес отримання карбаміду з диоксиду вуглецю та аміаку відбувається з втратами 5 % готової продукції.

Розв’язання. Розрахуємо маси карбаміду, диоксиду вуглецю та води, що отримують у результаті взаємодії аміаку та вуглекислого газу.

2NH₃ + CO₂ = CO(NH₂)₂ + H₂O.

Молярні маси 217 44 60 18.

З 10 t аміаку теоретично можна отримати таку масу карбаміду:

Склавши відповідні пропорції, визначимо маси води та диоксиду вуглецю:

Оскільки втрати продукції складають 5 %, розраховуємо фактично отримані маси карбаміду і води:

Диоксид вуглецю отримують за такою реакцією:

CaCO₃ = CaO + CO₂.

Молярні маси 100 56 44

Виходячи з умови задачі, фактична маса диоксиду вуглецю становить 12,941t, вихід у технологічному процесі — 90 %. Розрахунок вапняку необхідно проводити, виходячи з теоретичної маси СО₂:

Склавши відповідні пропорції, підрахуємо теоретичну норму витрат триоксокарбонату кальцію та оксиду кальцію:

;

;

Фактична маса оксиду кальцію

Оскільки вапняк містить 8 % домішок, то маса його, яка пот­рібна для здійснення процесу обпалення, становить:

Розраховані маси речовин, що необхідні для здійснення технологічного процесу, використано для складання таблиці матеріального балансу.

Таблиця 6.3