Задачи по ОХТ

Гутник примеры и задачи по технологии орг синтеза часть 9

Фенол

Фенол - крупнотоннажный продукт промышленности основного органического и нефтехимического синтеза, на долю которого приходится 94-96 % всего производства фенолов. Среди пяти промышленных методов получения фенола, четыре из которых основаны на бензоле, а один па толуоле, перспективными являются кумольный метод и процесс окисления толуола. Улучшение технико-экономических показателей кумольного метода обусловлено укрупнением мощности установок до 120 тыс. тонн в год, разработкой мероприятий по безотходной технологии, усовершенствованиями стадий окисления изопилбензола (кумола) и разложения гидропероксида изопропилбензола.

Pr-53 Производительность одной технологической линии производства фенола и ацетона кумольным методом составляет 930 кг фенола в час. Окисление изопропилбензола проводят в окислительной колонне кислородом воздуха. Из колонны отходят абгазы в количестве 1566 м3/ч; объемная доля изопропилбензола в них равна Определить степень конверсии изопропилбензола на стадии его окисления, если селективность по фенолу в расчете на гидропероксид изопропилбензола равна 94%, количество жидкого изопропилбензол и реакционной массе в 2,7 раза больше, чем количество пероксида изопропилбензола, а .выход его в расчете на превращенный изопропилбензол составляет 86,6%.

Скачать решение задачи Pr-53

Задача 360. В окислительную колонну для получения гидро-пероксида изопропилбензола поступает в час 7500 кг изопропилбензольной шихты, массовая доля гидропероксида изопропилбензола в которой равна 3,8% (остальное- изопропилбензол). Из нижней части колонны непрерывно выводят в час 6940 кг реакционной жидкости, массовая доля изопропилбензола в которой равна 70,5%. Из верхней части колонны выходят отходящие газы в количестве 1680 м3/ч; объемная доля изопропилбензола в них равна 9 %. Определить количество гидропероксида изопропилбензола в реакционной жидкости, если селективность его в расчете на изопропилбензол равна 86,5%.

Скачать решение задачи 360

Задача 361. В окислительную колонну для получения гидроперокснда изопропилбензола поступает в час 6800 кг изопропилбензола. Окисление проводят до степени кон версии изопропилбензола 26 %; при этом селективность по гндропероксиду изопропилбензола в расчете на изопропилбензол составляет 86,5%. В результате окисления выделяется 1000 кДж теплоты на 1 кг образующегося гидропероксида изопропилбензола. Теплоту отводят водой, циркулирующей в трубах тепловых элементов, встроенных в колонну. Определить площадь поверхности теплообмена тепловых элементов, если коэффициент теплопередачи равен 257 Вт/(м2-К), а средний температурный напор 95 К.

Скачать решение задачи 361

Задача 362. Производительность окислительной колонны изопропилбензола составляет 2000 кг гидропероксида изопропилбензола в час. В процессе окисления часть изопропилбензола (10% от его массового расхода на входе в колонну) переходит в газовую фазу (отходящие газы), что составляет 28% от общего количества этих газов. Отходящие газы для их охлаждения и конденсации паров изопропилбензола поступают в конденсатор, площадь поверхности теплообмена которого равна 200 м2, н там охлаждаются на 90 К. Определить средний температурный напор в конденсаторе, если теплота конденсации паров изопропилбензола равна 331,2 кДж/кг. теплоемкость отходящих газов 1,25 кДж/(кг-К), коэффициент теплопередачи !2 Вт/(м2-К), а степень конверсии изопропилбензола в гидропероксид 22 %.

Скачать решение задачи 362

Задача 363. В результате разложения 3400 кг гидропероксида изопропилбензола в час образуется фенол с селективностью 92,7 %. Выделяющуюся теплоту снимают реакционной массой, циркулирующей в системе реактор -теплообменник. Определить площадь поверхности теплообмена, если массовая доля фенола в циркуляционной массе равна 2,6%, ее плотность 926 кг/м3, а на 1 м2 площади поверхности теплообмена подают 90 л циркуляционной массы в час.

Задача 364. В результате разложения гидропероксида изопропилбензола до фенола и ацетона выделяется 2700 кДж теплоты на 1 кг образующегося фенола. Реакционную теплоту снимают в выносном теплообменнике, площадь поверхности теплообмена которого равна 900 м2. Теплообмен осуществляется при коэффициенте теплопередачи 136 Вт/(м2-К) и средней разности температур 23 К. Определить производительность установки по ацетону, если на 1 т фенола образуется 610 кг ацетона.

Задача 365. В реактор-разлагатель с целью получения фенола и ацетона подают в час 6000 кг гидропероксида изопропилбензола. Тепловой режим реактора поддерживают за счет циркуляции реакционной массы через внешний теплообменник. Скорость реакционной массы в сечении реактора 0,03 м/с, массовая доля фенола в ней 2,3% плотность 926 кг/м3. Определить рабочую вместимость реактора, если его высота равна 5,85 м, а селективность по фенолу составляет 93,8%

Дифеннлолпропан

Синтез дифенилпропана осуществляют конденсацией фенола с ацетоном. Ранее в качестве катализаторов применяли хлорводород, а также соляную и серную кислоты. Высокая агрессивность этих сред обусловливала применение коррозионностойких материалов, что являлось серьезным недостатком синтеза дифенилолпропана на кислотных катализаторах.
В настоящее время наиболее приемлемым является синтез дифенилолпропана конденсацией фенола и ацетона на сульфокатионитах. Процесс проводят в вертикальных реакторах при 75°С, мольном соотношении фенол : ацетон, равном 5 : 1, и времени реакции 1 ч. В этих условиях степень конверсии ацетона составляет примерно 50%, а выход дифенилолпропана достигает 90% в расчете на превращенный ацетон.

Pr-54 Дифенилолпропан получают конденсацией фенола с ацетоном на установке производительностью 3750 кг дифенилолпропана в час. Сырье поступает с мольным соотношением фенол: : ацетон, равным 5:1. Определить объемный расход сырьевой смеси на входе, если плотность ее 1003 кг/м3, степень конверсии ацетона 50%, а селективность по дифенилолпропану 90% в расчете на ацетон.

Скачать решение задачи Pr-54

Задача 366. Дифенилпропан получают конденсацией фенола с ацетоном в реакторе, объем сульфокатионита в котором равен 35 м3. Жидкая сырьевая смесь поступает в реактор с объемной скоростью 1 ч-1 и массовым соотношением фенол : ацетон= 16 : 1. Определить производительность реактора тго дифенилолпропану, если степень конверсии ацетона 49,3%, селективность по дифенилолпропану 86,8% в расчете на ацетон, плотность сырьевой смеси 1004 кг/м3.

Задача 367. Дифенилолпропан получают конденсацией фенола с ацетоном в реакторе, объем сульфокатионита в котором равен 36 м3, а производительность 1 м3 сульфокатионита составляет 105 кг дифенилолпропана в час. Определить степень конверсии фенола, если сырьевая смесь поступает с мольным соотношением фенол : ацетон =5,2 : 1, степень конверсии ацетона 51%, селективность по дифенилолпропану 88,7% в расчете на ацетон и 97% на фенол.

Задача 368. Дифенилолпропан получают конденсацией фенола с ацетоном в реакторе, заполненном сульфокатионитом на высоту 4,24 м; производительность 1 м3 сульфокатионита равна 108 кг дифенилолпропана в час. В реактор поступает в час 32700 кг сырьевой смеси с массовым соотношением фенол : ацетон= 16,5 : 1 Определить внутренний диаметр аппарата, если степень конверсии ацетона равна 49,2%, а селективность по дифенилолпропану составляет 90% в расчете на ацетон.

Скачать решение задачи 368

Задача 369. Дифенилолпропан получают конденсацией фенола с ацетоном в реакторе, заполненном на 64% (по объему) сульфокатионитом, производительность 1 м3 которого по дифенилолпропану равна 110 кг/ч. В реактор поступает в час 35000 кг сырьевой смеси с мольным отношением фенол : ацетон = 5,1 : 1. Определить полную вместимость реактора, если степень конверсии ацетона равна 50,7%, а селективность по дифенилолпропану (оставляет 88,5% в расчете на ацетон.

Задача 370. Дифенилолпропан получают конденсацией фенола с ацетоном в реакторе вместимостью 48 м3, заполненном на 65% (по объему) сульфокатионитом. В реактор поступает в час 34000 кг фенола и ацетона (мольное соотношение фенол : ацетон = 5 : 1). Определить производительность 1 м3 сульфокатионита по дифенилолпропану, если степень конверсии ацетона равна 49,5%, селективность по целевому продукту составляет 87,8% расчете на ацетон.

Этиленсксид

В настоящее время наиболее прогрессивным является метод прямого окисления этилена воздухом или кисло-1дом в неподвижном или псевдоожиженном слое катализатора при 240-290 °С и 2-3 МПа или при 55-265 °С и 0,1-0,3 МПа.

Pr-55 Этиленоксид получают прямым каталитическим окислением этилена в трубчатом реакторе с числом труб 3055; длина трубы 6 м. В трубах с внутренним диаметром 24 мм размещен катализатор, производительность 1 м3 которого равна 90 кг этиленоксида в час. Определить объемный расход газо-воздушной смеси на входе, объемная доля этилена в которой равна 4,4%, если степень конверсии этилена 38%, селективность по этиленоксиду 65%, коэффициент заполнения труб катализатором 0,8.

Скачать решение задачи Pr-55

Задача 371. Каталитическое окисление этилена в этиленоксид проводят при 280 °С и 1,6 МПа в реакторе, производительность которого равна 700 кг этиленоксида в час Число труб, заполненных катализатором, 3055; внутренний диаметр трубы 24 мм. На окисление поступают воздух и этилен в мольном соотношении 24 : 1; в этих условиях суммарная степень конверсии этилена в этиленоксид составляет 27,2 %. Определить линейную скороеIV газо-воздушной смеси в сечении трубного пространства реактора.

Скачать решение задачи 371

Задача 372. Каталитическое окисление этилена в этиленоксид проводят в трубчатом реакторе производительностыо 660 кг этиленоксида в час. Рабочая длина труб реактора 5,6 м; их внутренний диаметр 24 мм. Газо-воздушная смесь, объемная доля этилена в которой равна 3,8%, поступает с объемной скоростью 6000 ч-1. Определить число труб реактора, если степень конверсии этилена равна 47%, а селективность по этиленоксиду составляет 70%.

Скачать решение задачи 372

Задача 373. Каталитическое окисление этилена в этиленоксид проводят в трубчатом реакторе с 3000 труб, внутренним диаметром трубы 24 мм и рабочей длиной 5,8 м. В трубах находится катализатор, производительность м3 которого равна 80 кг этиленоксида в час. Выделяющуюся теплоту (19-103 кДж на 1 кг превращенного этилена) снимают за счет циркуляции теплоносителя в межтрубном пространстве реактора. Тепловой поток теплоносителя на 84% используется в котле- утилизаторе, где генерируется водяной пар давлением 1,5 МП а [удельная теплота парообразования 1945 кДж/кг). Определить количество образующегося водяного пара, если селективность по этиленоксиду равна 65%.

Скачать решение задачи 373

Задача 374. В реактор с псевдоожиженным слоем катализатора на окисление в этиленоксид поступает газовая смесь, объемные доли компонентов в которой таковы: 1% С2Н4, 7,5% 02, 4,5% С02 и 63% К2. В процессе окисления образуется в час 24000 м3 контактного газа, объемная доля этиленоксида в котором равна 3,5%. Определить объем катализатора в реакторе, если нагрузка а его 1 м3 составляет 2590 кг газовой смеси в час, а степень конверсии этилена в этиленоксид равна 24%.

Задача 375. В реактор для окисления этилена в этиленоксид •ступает в час 16000 м3 газовой смеси, объемная доля пилена в которой равна 30%. Окисление проводят при степени конверсии этилена за один проход 10% и селективности 72%. Реакционный газ, объемная доля этиленоксида в котором 1,9%, проходит теплообменник, где его температура снижается на НО К за счет нагревания поступающей газовой смеси. Определить площадь поверхности теплообмена теплообменника, если коэффициент теплопередачи 40 Вт/(м2-К), объемная теплоемкость реакционного газа 1,48 кДж/(м3-К), а средний температурный напор 80 К.

Задача 376. Производительность трубчатого реактора для аналитического окисления этилена составляет 670 кг этиленоксида в час. На окисление поступает газовая смесь, в которой объемная доля этилена 28%, а диоксида углерода 5%. Часть реакционного газа (2/3) после реактора поступает на абсорбцию диоксида углерода водным раствором карбоната калия. Определить массовый расход карбоната калия, если степень конверсии этилена за один проход равна 11%, а селективность 95%.

Пропиленоксид

Из промышленных способов получения пропиленоксида наиболее распространен (несмотря на многостадийность) каталитический процесс эпоксидирования при пилена гидропероксидом этилбензола при 100-110°С, 2,5-3 МПа и мольном соотношении пропилена и гидропероксида, равном (2-6) : 1. Этот так называемын «Халкон-процесе» состоит из трех последовательных стадий:
1) окисление этилбензола до гидропероксида этил бензола;
2) эпоксидирование пропилена гидропероксидом получением пропиленоксида и метилфенилкарбин
3) дегидратация метилфенилкарбинола в стирол:

Pr-56 Эпоксидирование пропилена до пропилеиокоида проводят в каскаде реакторов с мешалками. В первый по ходу сырья в реактор поступает этилбензол, в котором массовая доля гидропероксида этилбензола равна 25%. В результате эпоксидироваши пропилена и последующей дегидратации метилфенилкарбинола он разуется 9800 кг стирола в час. Определить количество стирола, если селективность по стиролу в расчете на этилбензол равна 90%, степень конверсии этилбензола 30%, выход пропиленоксида по гидропероксиду этилбензола равен 73%.

Скачать решение задачи Pr-56

Задача 377. Производительность установки «Халкон» составляет 81 т пропиленоксида в сутки. Для обеспечения заданной производительности в реакционный узел, состоящий из каскада реакторов с мешалками, поступает сырье в мольном соотношении пропилен : гидропероксид этилбензола, равном 3,5 : 1. Определить массовый расход циркуляционного этилбензола, массовая доля гидропер-|оксида этилбензола в котором равна 28%, если степень конверсии пропилена составляет 60%, а селективность по пропиленоксиду 86%.

Задача 378. Производительность установки «Халкон» составляет 3750 кг пропиленоксида в час. Для обеспечения такой производительности в реактор с мешалкой подают сырье в мольном соотношении пропилен : гидропероксид этилбензола, равном 3,8:1. В этих условиях степень конверсии пропилена равна 61%, а селективность по пропиленоксиду 88%. Определить вместимость реактора, если массовая доля этилбензола в поступающем гидропероксиде этилбензола равна 70% (остальное гидропероксид этнлбензола), плотность смеси жидких продуктов (пропилен + гидропероксид этилбензола + этилбензол) 830 кг/м3, время реакции 0,36 ч, коэффициент заполнения реактора 0,85.

Скачать решение задачи 378

Задача 379. Пропиленоксид получают на установке Халкон в каскаде реакторов вместимостью по 10 м3. В реактор первой ступени поступают этилбензол, массовая доля гидропероксида этилбензола в котором равна 25%, и пропилен. При массовом соотношении пропилен : гидропероксид этилбензола, равном 1,16 : 1, плотность смеси (этилбензол + гидропероксид этилбензола + пропилен) равна 834 кг/м3. Определить массовую производительность установки по пропиленоксиду, если селективность по пропиленоксиду в расчете на пропилен 57%, время реакции 0,6 ч, коэффициент заполнения реактора 0,86.

Задача 380. На установку с каскадом реакторов по производству пропиленоксида поступает на эпоксидирование в час 4000 кг пропилена в мольном соотношении с гидропероксидом этилбензола, равном 4,1 : 1. При эпоксидировании выделяется 3612 кДж теплоты на 1 кг образовавшегося пропиленоксида. Теплоту отводят циркулирующей в змеевиках реактора водой, температура которой повышается на 30 К; плотность воды 997 кг/м3. Определить объемный расход охлаждающей воды, если ее мольная теплоемкость равна 75,35 Дж/(моль-К), степень конверсии гидропероксида этиленбензола в пропиленоксид в первом реакторе равна 40 %.

Задача 381. Стадию эпоксидирования пропилена до пропиленоксида проводят в реакторе с мешалкой, вместимость которого 8 м3, площадь поверхности змеевиков 20 м:!, коэффициент заполнения 0,85. В процессе эпоксидирования на 1 моль пропиленоксида выделяется 210 кДж теплоты, которую снимают при среднем температурном напоре 70 К и коэффициенте теплопередачи, равном 240 Вт/(м2-К). Определить время реакции, если массовая доля гидропероксида этилбензола в- поступающем сырье равна 20 %, его плотность 835 кг/м3, а степень кон версии гидропероксида этилбензола 70 %.

Скачать решение задачи 381

Формальдегид

Формальдегид можно получать из метанола окислением или окислительным дегидрированием, либо из метана - прямым окислением. Методы окисления метана отличаются низкой селективностью и пока не получили достаточного распространения.
Наибольшее значение по масштабам производства и степени разработанности имеют процессы окислительного дегидрирования метанола на серебряных катализаторах и окисление метанола избытком воздуха на железо-[ молибденовых оксидных катализаторах.
На серебряном катализаторе процесс проводят при •500-700 °С и объемной скорости подача спирто-воздушной смеси 20000-24000 ч^1. Объемная доля метанола в смеси не должна быть меньше 36-40%, что превышает верхний предел взрывоопасное™ метанола. Основной аппарат-адиабатический реактор, где через слой катализатора, например «серебро на пемзе» пропускают спирто-воздушную смесь со скоростью 1,55 м/с. Теплоту реакционных газов используют в подконтактном холодильнике. В таких условиях степень конверсии метанола составляет 84-85%, а селективность процесса по формальдегиду 83--84 %.
На оксидных железо-молибденовых катализаторах ' процесс окисления метанола проводят при 360-390°С в двухсекционном реакторе, где катализатор размещен в трубах (изотермическая секция) и слоем (адиабатическая секция). Объемная доля метанола в исходной спирто-воздушной смеси равна 6-8%, т. е. находится вблизи нижнего предела взрываемости. При степени конверсии метанола 99%', а кислорода 25% селективность по формальдегиду достигает 90%.

Pr-57 Часовая производительность адиабатического реактора окислительного дегидрирования метанола равна 3500 кг формалина, массовая доля формальдегида в котором равна 37,5%. В ре-1актор поступает метаноло-воздушная смесь (мольное соотношение I метанола и кислорода равно 1:0,3) с объемной скоростью 24000 ч-1. Определить объем контактной массы «серебро на пем-1зе» в .реакторе, если степень конверсии метанола в формальдегид фавна 76,2%.

Скачать решение задачи Pr-57

Задача 382. Часовая производительность реактора окислительного дегидрирования метанола равна 2500 кг формалина, массовая доля формальдегида в котором равна 37%. В реактор поступает спирто-воздушная смесь (мольное соотношение метанола и кислорода равно 1 : 0,29) с объемной скоростью 19600 ч"1. Определить высоту слоя катализатора («серебро на пемзе»), если внутренний диаметр реактора 1,4 м, степень конверсии метанола 86%, а селективность по формальдегиду 84,5%.

Скачать решение задачи 382

Задача 383. Окислительное дегидрирование метанола до формальдегида проводят в реакторе, внутренний диаметр которого 1,8 м, а высота слоя катализатора («серебро на пемзе») 85 мм. Спирто-воздушная смесь в мольном соотношении метанола и кислорода, равном 1 : 0,28, поступает с объемной скоростью 24000 ч"1. Определить суточную производительность реактора по формалину, массовая доля формальдегида в котором 37%, если степень конверсии метанола в формальдегид равна 73%.

Задача 384. Окислительное дегидрирование метанола до формальдегида проводят в реакторе, в котором высота слоя серебряного катализатора составляет 80 мм. Туда поступает в час 4000 м3 спирто-воздушной смеси (мольное соотношение спирт : кислород = 1 : 0,33). Производительность 1 м3 катализатора равна 9500 кг формальдегида в час, выход целевого продукта 73,5% в расчете на поступающий спирт. Определить внутренний диаметр реактора.

Задача 385. В испаритель установки по производству формальдегида подают в час 1410 кг метанола. Сюда же, барботируя через слой спирта, поступает воздух, который насыщается парами спирта до содержания 0,5 г/л. Производительность 1 кг серебряного катализатора (насыпная плотность 600 кг/м3), находящегося в реакторе, составляет 18 кг формальдегида в час, объемная скорость спирто-воздушной смеси равна 23500 ч-1. Определить площадь поверхности подконтактного холодильника, в котором снимается 57% выделяющейся теплоты (тепловой эффект процесса 41500 кДж на 1 кг формальдегида), если коэффициент теплопередачи равен '16 Вт/(м2-К), а средний температурный напор 256 К.

Задача 386. Производительность реактора окислительного дегидрирования метанола составляет 1300 кг формальдегида в час. Спирто-воздушная смесь в мольном соотношении спирт: кислород, равном 1 : 0,32, проходит испаритель, где спирт испаряется (теплота испарения 1-084,4 кДж/кг), а воздух, насыщаясь его парами, нагревается на 65 К. Испаритель имеет трубки длиной по 1 м и диаметром по 23 мм. Определить число трубок, если степень конверсии метанола в формальдегид равна 74%, объемная теплоемкость спирто-воздушной смеси 992 кДж/(м2-К), коэффициент теплопередачи равен 47 Вт/(м2-К), средний температурный напор 45 К, теплопотери испарителя 5%. 387. Окисление метанола до формальдегида на оксидном железо-молибденовом катализаторе проводят в двухсекционном реакторе, объем катализатора в котором равен 4,8 м3. Производительность 1 м3 такого катализатора 578 кг формальдегида в час, степень конверсии метанола 99,5%', селективность по формальдегиду 96,4%. Определить объемный расход спирто-воздушной смеси на входе в реактор, если объемная доля метанола в смеси 7,5%.

Задача 388. Окисление метанола до формальдегида проводят на железо-молибденовом катализаторе в комбинированном реакторе, состоящем из последовательно расположенных трубной части и адиабатической секции. Производительность реактора 1388 кг формальдегида в час, степень конверсии метанола 99,7%, селективность по формальдегиду 96,5%)- Определить число труб внутренним диаметром 26 мм и длиной 0,9 м, если объемная скорость газовой смеси в трубной части реактора равн,-1 5200 ч-1, а объемная доля метанола в такой смеси 6,5%.

Задача 389. Окисление метанола до формальдегида проводят на железо-молибденовом катализаторе в комбинированном реакторе, состоящем из последовательно расположенных трубной части и адиабатической секции. В реактор поступает в час 30560 м3 газовой смеси, объемная доля метанола в которой равна 6,8%. Выделяющуюся теплоту (5200 кДж на 1 кг формальдегида) на 67% используют для получения водяного пара в котле-утилизаторе (теплота парообразования 1889 кДж/кг) за счет циркуляции теплоносителя. Определить количество водяного пара, образующегося в котле-утилизаторе, если степень конверсии метанола в формальдегид равна 96,1%.

Задача 390. Окисление метанола до формальдегида на железо-молибденовом катализаторе проводят в комбинированном реакторе с общим объемом катализатора 3,6 м:3. Перед поступлением в реактор газовую смесь, в которой массовая доля метанола равна 7,7%, нагревают в подогревателе на 140 К. Определить массовую производительность 1 м3 катализатора, если тепловая нагрузка подогревателя равна 1310 кВт, удельная теплоемкость .поступающей газовой смеси 1,13 кДж/(кг-К), степень конверсии метанола 99,7%, а селективность по формальдегиду 96,5%.

Задача 391. Комбинированный реактор для получения форм альдегида окислением метанола на железо-хромовом катализаторе работает непрерывно 8000 ч в году. В реактор поступает в час 31000 м3 газовой смеси, объемная дота кислорода в которой равна 11%', а мольное соотношение метанол : кислород равно 0,63 : 1. Определит:, удельный расход катализатора (на 1 т 37%-ного форм альдегида), если степень конверсии метанола равно, 99%, селективность процесса 97%, а годовая потребность катализаторе 3 т.

Задача 392. Окисление метанола до формальдегида проводят на железо-молибденовом катализаторе в комбинированном реакторе производительностью 33,6 т/сут, состоящем из последовательно расположенных трубной части и адиабатической секции. В процессе окисления степень конверсии метанола достигает 99,6%', а селективность процесса 96,6%. Определить объемную долю метанолам исходной газовой смеси, если число труб в реакторе 3811, их длина 1 м, диаметр 26 мм, а объемная скорость подачи исходной смеси в трубную часть реактора равна В230 ч-1.

 

Гутник примеры и задачи по технологии орг синтеза часть 11

Терефталевая кислота

Наибольшее распространение получил одностадийный метод получения терефталевой кислоты жидкофазным окислением n-ксилола кислородом воздуха при 125-225 °С и 1-4 МПа в присутствии кобальтовых или молибденовых катализаторов с использованием ледяной уксусной кислоты в качестве растворителя. Степень конверсии n-ксилола 95%, селективность процесса 94-98% в расчете на n-ксилол.

Pr-63 Терефталевую кислоту получают жидкофазным окислением n-ксилола на установке производительностью 360 т/сут по терефталевой кислоте. В реактор поступает n-ксилол в мольном соотношении с уксусной кислотой 1 : 1,77. Определить объемный расход смеси (плотность 1035 кг/м3) на входе в реактор, если количество поступающего катализатора (с промотором) равно 0,9% от массового расхода n-ксилола, степень конверсии n-ксилола 95%, а селективность по терефталевой кислоте 94%.

Скачать решение задачи Pr-63

Задача 427. В реактор на окисление n-ксилола до терефталевой кислоты поступает в час 9 м3 исходной смеси. Массовая доля n-ксилола в такой смеси 46%, а ее плотность 1126 кг/м3. В процессе окисления с 1 м3 реакционного объема снимают 366 кг терефталевой кислоты в час Определить время пребывания веществ в реакционной зоне, если степень конверсии n-ксилола равна 95%, а селективность по терефталевой кислоте 95%.

Задача 428. Терефталевую кислоту получают жидкофазным окислением n-ксилола в реакторе производительностью по терефталевой кислоте 303 т/сут. В реактор поступают компоненты в массовом соотношении n-ксилол : уксусная кислота : катализатор, равном 7:1: 0,8. В процессе окисления степень конверсии n-ксилола в терефталевую кислоту достигает 93,1% при объемной скорости подачи смеси на входе в реактор 0,5 ч-1 (плотность смеси 907 кг/м3). Определить внутренний диаметр реактора если его полезная высота 12 м.

Задача 429. Терефталевую кислоту получают жидкофазным окислением n-ксилола в реакторе полезной вместимостью 20 м3. Часть выделяющейся теплоты снимают за счет испарения уксусной кислоты из реакционной массы (50% от общего ее расхода на входе в реактор). Определить производительность 1 м3 реакционного объема по терефталевой кислоте, если поток теплоты, уносимой испаряющейся уксусной кислотой, район 95*10^3 Вт, теплота ее испарения равна 572 кДж/кг, мольное соотношение n-ксилол : уксусная кислота равно 4:1, степень конверсии n-ксилола в терефталевую кислоту составляет 92%.

Задача 430. В реактор для жидкофазного окисления поступает 9670 кг n-ксилола в час. Часть выделяющейся теплоты (12% от выделившейся в результате реакции) отводят за счет циркуляции 80 м3 реакционной смеси (плотность 1035 кг/м3) в час. Процесс проводят при 130°С; в этих условиях степень конверсии n-ксилола в терефталевую кислоту равна 92%. Определить начальную температуру циркулирующей смеси, если в процессе окисления на 1 кг образующейся терефталевой кислоты выделяется 12470 кДж теплоты, а удельная теплоемкость циркулирующей смеси равна 2,65 кДж/(кг-К).

Скачать решение задачи 430

Задача 431. Терефталевую кислоту получают жидкофазным -окислением n-ксилола в реакторе полезной вместимостью 20 м3. В реактор поступают исходные компоненты в массовом соотношении n-ксилол : уксусная кислота катализатор, равном 1 : 1 : 0,16. Плотность такой смеси 908 кг/м3, ее объемная скорость на входе 0,5 ч-1. Определить объемный расход кислорода на окисление, если его массовый расход составляет 0,89 т на 1 т терефталевой кислоты, а селективность по терефталевой кислоте в расчете на n-ксилол равна 95%.

Малеиновый ангидрид

В промышленности малеиновый ангидрид получают каталитическим окислением бензола или олефинов С4 воздухом на промотированном оксидном ванадиевом катализаторе. Окисление бензола осуществляют при 300- 425°С. Степень конверсии бензола около 95%, а селективность по малеиновому ангидриду составляет 60- 70%. Реакция сопровождается большим выделением теплоты, поэтому наиболее распространенным основным аппаратом на стадии окисления является трубчатый изотермический реактор. Трубы его заполнены катализатором, а в межтрубном пространстве циркулирует хладагент, перемешиваемый пропеллерной мешалкой. Окисление углеводородов С4, в частности н-бутенов, проводят при 375-550°С в присутствии катализаторов на основе оксидов ванадия и фосфора:

Pr-64 Малеиновый ангидрид получают окислением бензола в трубчатом изотермическом реакторе. В реакторе 4198 труб (диаметр 30х25 мм, длина трубы 3 м); они на 60% по объему заполнены катализатором, производительность 1 м3 которого равна 120 кг малеинового ангидрида в час. Определить объемный расход воздуха на входе в реактор, если мольное соотношение кислород : бензол равно 20 : 1, степень конверсии бензола 95%, селективность по маленновому ангидриду 70%.

Скачать решение задачи Pr-64

Задача 432. Малеиновый ангидрид получают окислением бензола в реакторе с числом труб 12961 (длина трубы 3 м, диаметр 25 мм, коэффициент заполнения катализа тором 0,65). В реактор поступает бензоло-воздушная смесь (мольное соотношение кислорода и бензола равно 13,1 : 1) с объемной скоростью 1500 ч-1. В этих условиях степень конверсии бензола составляет 95%. Определить селективность по малеиновому ангидриду, если производительность 1 м3 катализатора по малеиновому ангидриду равна 65 кг/ч.

Задача 433. Производительность установки окисления бензола по малеиновому ангидриду равна 1200 кг/ч. В ходе процесса расход кислорода на образование побочных продуктов составляет 620 м3 на каждую тонну малеинового ангидрида при степени конверсии бензола 94% и селективности по целевому продукту 69,8 %. Определить массовое соотношение воздух : бензол на входе в реактор, если с продуктами реакции уносится 3600 м3 непрореагировавшего кислорода (на 1 т образующегося малеинового ангидрида).

Задача 434. Окисление бензола до малеинового ангидрида «проводят в трубчатом реакторе, где 25% выделяющейся •теплоты снимают за счет испарения водного конденсата в охлаждающем тепловом элементе, имеющем площадь поверхности теплообмена 14 м2. Бензоло-воздушная смесь (массовое соотношение бензол : воздух = 1 : 30) поступает с объемной скоростью 2200 ч-1; при этом степень конверсии бензола равна 95%. Определить объем катализатора в трубах реактора, если тепловой эффект процесса равен 22600 кДж на 1 кг превращенного бензола, коэффициент теплопередачи 190 Вт/(м2-К), а средний температурный напор составляет 210 К.

Задача 435. Малеиновый ангидрид получают окислением н-бутенов в реакторе с числом труб 9700 (длина трубы 3 м, диаметр 30X2,5 мм, коэффициент заполнения катализатором 0,7). Производительность 1 м3 катализатора равна 100 кг малеинового ангидрида в час. Селективность по малеиновому ангидриду 42%. Определить массовое соотношение воздух : бутен на входе, если объемная доля бутенов в их смеси с воздухом равна 1,2%.

Задача 436. Малеиновый ангидрид получают окислением н-бутенов в реакторе с псевдоожиженным слоем катали-I затора. Часть выделяющейся теплоты (90%) снимают за счет преобразования водного конденсата (во встроенных • в реактор змеевиках) в водяной пар с давлением 10 МПа и теплотой парообразования 2724,4 кДж/кг. Определить объемную долю бутенов в поступающей бутено-воздушной смеси, если выход малеинового ангидрида по н-бутенам равен 56%, а по кислороду 38%. Тепловой эффект процесса 14860 кДж на 1 кг малеинового ангидрида, количество образующегося водяного пара 446 т/сут.

Скачать решение задачи 436

Фталевый ангидрид

Сырьем для производства фталевого ангидрида служат нафталин и оксилол, причем доля последнего постоянно увеличивается.
Окисление нафталина осуществляют в газовой фазе на оксиде ванадия или на ванадий-калийсульфатном катализаторе, нанесенном на силикагель, при 370-450 °С и степени конверсии нафталина во фталевый ангидрид 74,5-91%)- Процесс проводят в реакторах со стационарным или псевдоожиженным слоем катализатора при массовом соотношении нафталина и воздуха, равном 1 : (154-30).
Окисление оксилола проводят тоже в газовой фазе. Температура процесса зависит от применяемого катализатора; ее поддерживают высокой (470-660 °С) или низкой (350-370 °С). В промышленности получили распространение низкотемпературные процессы, различающиеся аппаратурным оформлением стадий, следующих за окислением о-ксилола. Процесс проводят преимущественно в реакторах со стационарным слоем ванадий-титанового катализатора и утилизацией реакционной теплоты. Выход фталевого ангидрида составляет 70-75% в расчете на пропущенный о-ксилол.

Pr-65 Фталевый ангидрид получают окислением нафталина реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора производительностью по фталевому ангидриду 985 кг/ч. В реактор поступает нафталино-воздушиая смесь, массовая доля нафталина в которой равна 6,3%. Определить внутренний диаметр реактора, если выход фталевого ангидрида по нафталину равен 85,2%, .рабочая скорость контактных газов в сечении реактора 0,4 м/с, а их плотность в рабочих условиях составляет 1,38 кг/м3.

Скачать решение задачи Pr-65

Задача 437. Фталевый ангидрид получают окислением нафталина в трубчатом реакторе (длина труб 3 м, диаметр 30X2,5 мм) производительностью 540 кг/ч по фталевому ангидриду. В реактор поступает нафталино-воздушная Смесь (массовое соотношение нафталин : воздух = 30 : 1) с объемной скоростью 1240 ч-1. Определить число труб реакторе, если выход фталевого ангидрида равен 88% расчете на нафталин.

Задача 438. Фталевый ангидрид получают окислением нафталина в трубчатом реакторе. Па окисление поступает час 13000 м3 нафталкно-воздушной смеси, в которой мольное соотношение кислород : нафталин равно 27 : 1. Часть выделяющейся теплоты (47% от теплового эффекта реакции) снимают за счет циркуляции расплава соки в межтрубном пространстве реактора. Удельная
теплоемкость расплава 1,56 кДж/(кг-К), плотность 1695 кг/м3. Определить объемный расход расплава, если выход фталевого ангидрида равен 86% по нафталину, тепловой эффект процесса составляет 14800 кДж на 1 кг фталевого ангидрида, а температура расплава в процессе теплообмена повышается на 50 К.

Задача 439. Фталевый ангидрид получают окислением нафталина в реакторе (внутренний диаметр 6 м) с псевдо-ожиженным слоем катализатора, насыпная плотность которого равна 600 кг/м3, а высота слоя в стационарном состоянии 1,55 м. Определить суточную производительность реактора по фталевому ангидриду, если нагрузки на 1 кг катализатора равна 0,085 кг нафталина в час, а выход фталевого ангидрида 87,2% в расчете на нафталин.

Задача 440. Фталевый ангидрид получают окислением нафталина в реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора. Внутренний диаметр реактора 4 м, высота слоя катализатора в стационарном состоянии 1 м. В реактор с объемной скоростью 560 ч"1 поступает нафталино-воздушная смесь, объемная доля нафталина в которой равна 1,5%. Катализаторную пыль улавливают из реакционных газов в фильтрах, нагрузка на 1 м2 поверхности которых составляет 36 м3 реакционных газов в час. Определить площадь фильтрующей поверхности, если на 1 т фталевого ангидрида образуется в час 12000 м3 реакционных газов, а выход фталевого ангидрида равен 85 % по нафталину.

Задача 441. Фталевый ангидрид получают окислением о-ксилола в трубчатом реакторе. Объем катализатора в трубах 18 м3, производительность 1 м3 равна 280 кг фталевого ангидрида в час. В реактор подают ксилоло-воздушную смесь из расчета 23,5 м3 воздуха на 1 кг оксилола. Определить объемную долю о-ксилола в исходной смеси, если выход фталевого ангидрида по о-ксилолу равен 78%.

Задача 442. В трубчатый реактор с целью окисления о-ксилола до фталевого ангидрида поступает ксилоло-воздушная смесь из расчета 23,5 м3 на 1 кг о-ксилола. Газообразные продукты реакции мольная теплоемкость 32,75 Дж/(моль-К), объемная доля .кислорода 18%1 охлаждаются в теплообменнике на 180 К поступающей в реактор паро-воздушной смесью. Определить суточную производительность реактора по фталевому ангидриду, если степень конверсии кислорода воздуха равна 15,5%» селективность по фталевому ангидриду 77,5%, тепловая нагрузка теплообменника для охлаждения продуктов реакции 8800 кВт.

Винилацетат

Исходным сырьем для производства винилацетата являются ацетилен, этилен и уксусная кислота. Синтез винилацетата из ацетилена и уксусной кислоты осуществляют в газовой фазе в присутствии ацетата

Pr-66 Винилацетат получают  из   ацетилена   и  уксусной  кислоты в реакторе внутренним диаметром 3,2 од с лсевдоожиженньш-слоем катализатора  (высота слоя в стационарном состоянии 3,5 м) Ацетилено-кислотная   смесь  (мольное   соотношение   ацетилен : кислота = 2,7 : 1)   поступает с объемной скоростью  113 ч-1;  в этих условиях степень конверсии уксусной кислоты в винилацетат за один роход  через   реактор   составляет  44%.   Определить  площадь    по-иерх-ности теплообмена встроенного змеевика, если тепловой эффект процеоса  (1378 кДж на 1  кг винилацетата) снимается за счет обраования водяного пара в трубах змеевика. Коэффициент теплопередачи   принять   149  Вт/(м2-К), средний  температурный  напор  78 К

Скачать решение задачи Pr-66

Задача 443. Винилацетат получают из ацетилена и уксусном кислоты при 200 °С и избыточном давления 0,15 МПа н реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора. В реактор поступает в час 17140 кг парогазовой смеси, массовая доля ацетилена в которой равна 48%, а мольное соотношение ацетилен: уксусная кислота составляет 2,8 : 1. Определить внутренний диаметр реактора, если объемная доля винилацетата в продуктах реакции равна 13,4%, их средняя скорость в сечении реактора 0,21 м/с и степень конверсии уксусной кислоты в винилацетат за один проход через реактор равна 46,1%.

Задача 444. Винилацетат получают газофазным синтезом ид ацетилена и уксусной кислоты в реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора. Внутри реактора расположен теплообменник, состоящий из 22 вертикальных труп диаметром 77,2 мм » длиной 9 м каждая. Выделяющуюся теплоту (1378 кДж на 1 кг винилацетата) снимают за счет образования водяного пара в количестве 20 м на 1 м2 площади поверхности теплообмена встроенного теплообменника. Определить объемный расход ацетиле на, если мольное соотношение ацетилен : уксусная кие лота равно 2,6 : 1 на входе в реактор, выход винилацетата по уксусной кислоте 41,2%, удельная теплота парообразования водяного пара 2120 кДж/кг.

Задача 445. Винилацетат получают из ацетилена и уксусном кислоты при 205 °С и избыточном давлении 0,08 МПа и реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора. Производительность установки 36 т винилацетата в сутки. .Газообразные продукты реакции, в которых объемная доля непревращенной уксусной кислоты равна 13%, отводят через четыре штуцера, расположенных в верхней крышке реактора, со скоростью 3,6 м/с в сечении патрубка штуцера. Определить внутренний диаметр патрубка, если степень конверсии уксусной кислоты равна '44,6%, а селективность по винилацетату 99,8%.

Задача 446. Винилацетат получают газофазной окислительной этерификацией этилена на установке производительностью по винилацетату 4200 кг/ч. В трубах реактора размещен катализатор, производительность 1 м3 которого равна 300 кг винилацетата в час. В реактор поступает исходное сырье в мольном соотношении этилен : I: уксусная кислота : кислород, равном 1 : 0,4 : 0,2. Определить объемную скорость подачи сырьевой смеси, если степень конверсии этилена за один проход равна 13%,. а селективность по винилацетату 89%.

Задача 447. Винилацетат получают окислительной этерификацией этилена в трубчатом реакторе. Число труб 3262,. ;их рабочая длина 4 м (каждая), диаметр 30x2,5 мм. В реактор поступает в час 9230 кг сырьевой смеси, в которой мольное соотношение этилен : уксусная кислота : I1. кислород равно 1 : 0,8 : 0,2. Определить производительность 1 м3 катализатора, если степень конверсии этилена за один проход равна 18%, а селективность по винилацетату 90%.

Задача 448. Винилацетат получают окислительной этерификацией этилена в трубчатом реакторе. Часть выделяющейся теплоты (33% от теплового эффекта процесса) снимают в межтрубном пространстве реактора за счет преобразования в час 980 кг конденсата в водяной пар (теплота парообразования 2021 кДж/кг). Определить массовую производительность реактора по винилацетату, если тепловой эффект процесса равен 4877 кДж на 1 кг прореагировавшей уксусной кислоты, а селективность по винилацетату равна 91%.

Получение нитропроизводных

Задача 449, Производительность установки нитрования про пана составляет 600 кг нитропропана в час. Мольное соотношение пропана и азотной кислоты равно 5 : 1, вы ход нитропропана 48% в расчете на исходную кислоту Определить массовый расход разбавленной азотной кис лоты, массовая доля НМО3 в которой равна 70%, и объемный расход пропана.

Задача 450. При нитровании пропана получают смесь нитро производных такого массового состава: 25% нитрометилена, 10% нитроэтана, 65% нитропропанов. Производительность установки по нитропропанам 550 кг/ч. В реакгор подают в час 1300 кг разбавленной азотной кислоты, кассовая доля НNO3 в которой равна 68%. Определить степень использования азотной кислоты на процессы нитрования и селективность процесса по нитропропанам.

Задача 451. В трубчатый реактор газофазного нитрования пропана подают в час 1500 кг азотной кислоты, массовая доля НNО3 в которой равна 65%, и пропан в мольном соотношении к кислоте 5:1. Процесс длится 1,5 с При 450 °С и 0,7 МПа. Определить объем реактора. Коэффициент увеличения объема газов 1,7.

Задача 452. Массовый расход азотной кислоты, массовая Воля НМО3 в которой равна 70%, на установке нитро-1ания пропана составляет 1400 кг/ч; пропан подают в мольном соотношении к кислоте 6:1. Выход нитропропана 45% в расчете на исходную кислоту; объем реактора 0,5 м3. Определить производительность 1 м3 реакционного объема по нитропропану и время пребывания реакционной смеси в реакторе. Коэффициент увеличения объема газов 0,8.

Скачать решение задачи 452

Задача 453. На установку нитрования бензола до нитробензола подают бензол (2000 кг/ч) и нитрующую смесь, массовая доля серной кислоты в которой равна 46%. Ф.н.а. смеси равен 72; азотную кислоту подают с избытком 3% от теоретического. Определить массовую долю азотной кислоты в нитрующей смеси, массовый расход смеси и производительность установки по нитробензолу, если выход нитробензола равен 98% от теоретического.

Задача 454. Производительность установки нитрования бензола равна 3000 кг нитробензола в час. Выход нитробензола 97% в расчете на исходный бензол; нитрующую смесь подают из расчета 4 кг смеси на 1 кг бензола; время пребывания смеси в реакторе 12 мин. Определить вместимость реактора, если коэффициент его заполнения равен 0,8. Плотность бензола 880 кг/м3, плотность нитрующей смеси 1600 кг/м3.

Задача 455. Производительность установки нитрования бензола 3000 кг нитробензола в час. Нитрующая смесь имеет следующий массовый состав: 34% азотной кислоты 55 % серной кислоты и 11 % воды. Избыток азотной кислоты, подаваемой в процесс, - 2% от теоретического; выход нитробензола 96% в расчете на исходный бензол. Определить фактор нитрующей активности смеси и массовые расходы бензола и нитрующей смеси.

Скачать решение задачи 455

Задача 456. На установку нитрования толуола подают в час 3500 кг нитрующей смеси, массовая доля серной кислоты в которой равна 70%; фактор нитрующей активности смеси равен 75. Азотную кислоту подают в 5%-ном избытке от расчетного количества; выход нитросоединений 97% в расчете на исходный толуол. В процессе нитрования (температура 50 °С) выделяется теплота в количестве 151 кДж на 1 нитрогруппу; эту теплоту снимают, подавая в змеевики реактора рассол с температурой -10°С (на входе) н +10°С (на выходе). Определить необходимую площадь поверхности теплообмена, если коэффициент теплопередачи равен 150 Вт/(м2-К)-

Получение аминопроизводных

Задача 457. В реактор получения гексаметнлендиамина гидрированием адиподинитрила подают 3600 м3 водорода в час. Выход гексаметнлендиамина 97% по адиподинитрилу, мольное соотношение адиподинитрила и водорода 1 : 20. Определить объем катализатора в реакторе, если производительность 1 м3 катализатора равна 250 гексаметилендиамина в час.

Задача 458. На установку гидрирования адиподинитрила производительностью 900 кг гексаметнлендиамина в час подают 3500 м3 водорода. Определить мольное соотношение адиподинитрила и водорода, если выход гексаметилендиамина составляет 95% в расчете на исходный адиподинитрил.

Скачать решение задачи 458

Задача 459. В реактор каталитического восстановления нитробензола подают в час 6000 м3 водорода и нитробензол, причем мольное соотношение нитробензола и водорода в газовой смеси равно 1 : 60. Определить массовый расход нитробензола и производительность реактора по анилину, если выход анилина равен 98% в расчете на исходный нитробензол.

Задача 460. Производительность установки каталитического юсстановления нитробензола равна 500 кг анилина в шс. Мольное соотношение водорода и нитробензола в газовой смеси, подаваемой в реактор, равно 65 : 1, а выход анилина 97% в расчете на исходный нитробензол. Определить производительность 1 м3 катализатора по анилину, если объемная скорость подачи газовой смеси доставляет 750 ч-1.

Задача 461. Производительность катализатора в реакторе восстановления нитробензола по анилину составляет 60 кг/(м3-ч); выход анилина 98 % в расчете на исходный нитробензол. Массовый расход нитробензола равен 550 кг/ч, а водород подают в 20-кратном избытке от теоретического. Определить время пребывания контактных газов в реакторе.

Задача 462. Определить массовый расход этиленоксида и аммиака на установке производительностью 1000 кг смеси этаноламинов в час. Состав смеси такой: моноэтаноламин 70%, диэтаноламин 25%, триэтаноламин 5%. Мольное соотношение этиленоксида и аммиака в исходной- смеси равно 1 : 10.

Получение синильной кислоты и акрилонитрила

Задача 463. На установку получения синильной кислоты окислительным аммонолизом метана подают в час 600 м:1 метана. Объемное соотношение метана, аммиака и воздуха равно 1,1 : 1 :7,1. Время контакта газов 0,02 с, степень конверсии аммиака 85%, селективность по синильной кислоте 80%. Определить массовую производительность 1 м3 катализатора по синильной кислоте. Коэффициент увеличения объема газов 4,8.

Скачать решение задачи 463

Задача 464. Часовая производительность установки окисли тельного аммонолиза метана равна 6400 м3 контактного газа, объемная доля синильной кислоты в котором 6%. Степень конверсии аммиака 83%, а селективность по синильной кислоте 80%. Исходные газы подают в аппарат со скоростью 0,9 м/с; объемная доля аммиака в смеси исходных газов равна 12%- Определить площадь, поперечного сечения аппарата в его реакционной части. Коэффициент увеличения объема газов 4,5.

Задача 465. На установку получения синильной кислоты окислительным аммонолизом метана подают в чаг 550 м3 аммиака. Степень конверсии аммиака 84%, селективность по синильной кислоте 83%. «Определить объемное соотношение аммиака и метана в исходной смеси, если выход синильной кислоты равен 62% в расчете на исходный метан.

Задача 466. Производительность установки окислительного аммонолиза метана равна 500 кг синильной кислоты в час при производительности катализатора, равной 3700 кг/(м3-ч). Объемная скорость подачи смеси 40000 ч"1, а объемный состав смеси такой: 13% метана, 75% воздуха и 12% аммиака. Определить объемные расходы сырья и выход синильной кислоты в расчете на исходный аммиак.

Задача 467. В реакторе окислительного аммонолиза пропилена объем псевдоожиженного слоя катализатора равен 25 м3. Производительность 1 м3 катализатора равна 50 кг акрилонитрила в час. Степень конверсии пропилена 85%, селективность по акрилонитрилу 80%, объемное соотношение пропилена и аммиака 1 :0,9. Определить массовые расходы пропилена и аммиака.

Задача 468. Производительность установки окислительного аммонолиза пропилена равна 1200 кг акрилонитрила в час. Мольное соотношение пропилена, аммиака, кислорода и воды равно 1 : 0,9 : 2 : 3. Степень конверсии пропилена 90%, селективность по акрилонитрилу 82%'. Определить объем катализатора в .реакторе, если объемная скорость подачи газовой смеси равна 550 ч-1.

Задача 469. При окислительном аммонолизе пропилена производительность реактора с псевдоожиженным слоем катализатора равна 1150 кг акрилонитрила в час. Степень конверсии пропилена в акрилонитрил 65%, объемная доля пропилена в исходной парогазовой смеси 13%. Определить диаметр реактора, если линейная скорость газовой смеси в сечении реактора равна 0,4 м/с.

Скачать решение задачи 469

Задача 470. В реактор с псевдоожиженным слоем катализатора, производительность 1 м3 которого равна 50 кг акрилонитрила в час, поступает 11000 м3 парогазовой смеси с объемной долей пропилена 12%. Степень конверсии пропилена 88%, селективность по акрилонитрилу 85%. Определить время пребывания смеси в реакционной зоне.

   

Термодинамические и кинетические основы химического процесса

Задача 1-1. Используя термодинамические данные, рассчитать константу равновесия газофазной реакции гидратации этилена при температуре 300 С (573 К):

Используя термодинамические данные, рассчитать константу

Скачать решение задачи 1-1

Задача 1-2. При исследовании реакции разложения аммиака на вольфраме

Значения температуры при 1 – 900; 2 - 1100

Рисунок 1.1 Значения температуры при 1 – 900; 2 - 1100

при различных температурах получены следующие зависимости времени полупревращения т0,5 от наального давления паров аммиака ро (продукты разложения при т = 0 отсутствуют): Определить порядок реакции и энергию активации.

Скачать решение задачи 1-2

Задача 1-3. При исследовании реакции взаимодействия трифенилметилхлорида с метанолом в безводном бензоле в присутствии пиридина при температуре 25°С, начальной концентрации трифенилметилхлорида 0,106 кмоль-м-3 и начальной концентрации метанола 0,054 кмоль-м-3 были получены следующие данные:

При исследовании реакции взаимодействия трифенилметилхлорида

Определить константу скорости реакции и построить график зависимости скорости реакции от времени.

Скачать решение задачи 1-3

Задача 1-4. При проведении реакции изомеризации этилового эфира ацетилуксусной кислоты было экспериментально установлено, что мольная доля енолыюй формы изменяется со временем следующим образом и при равновесии равна 0,078. Определить k.

При проведении реакции изомеризации этилового эфира ацетилуксусной

Скачать решение задачи 1-4

Задача 1-5. Реакция проводится в среде абсолютного этанола. Для опыта было взято 20 см3 0,1 н. раствора исходной кислоты. Полученные данные приведены ниже: Определить константы скорости реакции k1 и k2

 Реакция проводится в среде абсолютного этанола

Скачать решение задачи 1-5

Задача 1-6. При проведении газофазной реакции разложения тетрагидрофурана Оыла получена следующая зависимость скорости реакции в начальный момент (dp/dт)макс от начального давления тетрагидрофурана р0: При различных температурах получены следующие значения т05 в зависимости от р0:

При проведении газофазной реакции разложения тетрагидрофурана

Определить порядок реакции и величину энергии активации.

Скачать решение задачи 1-6

Задача 1-7. Реакция окисления этилена кислородом воздуха в присутствии катализатора (серебра):

Реакция окисления этилена кислородом воздуха в присутствии катализатора (серебра):

проходит в реакторе непрерывного действия при Т = 533 К и атмосфером давлении. Известно, что газовый поток, поступающий в реактор, содержит 5% (мол.) этилена и 95% (мол.) воздуха. При данных условиях 50% этилена окисляется до окиси этилена и 40% этилена сгорает. Рассчитать тепловой эффект реакции, отнесенный к 1 моль этилена.

Скачать решение задачи 1-7

   

Материальный и тепловой балансы химического процесса

Задача 2-1. В реакторе идеального смешения происходят следующие реакции;

В реакторе идеального смешения происходят следующие реакции

Начальная концентрация исходного вещества СА= 1 кмоль-м-3; текущие концентрации веществ [в кмоль-м-3]: СА =0,44; СВ = 1,06; СR = 0,05; СS = 0,33; Сг = 0,14. Скорость подачи исходных веществ v=5*10-3 м3/c.

Скачать решение задачи 2-1

Задача 2-2. В реакторе идеального смешения, работающем в адиабатических условиях, происходят реакции:

В реакторе идеального смешения, работающем в адиабатических условиях, происходят реакции:

где R – продукт реакции
Начальные концентрации исходных веществ и продуктов (в кмоль-м3): СAo=0,1; СB0=0,3; СR0=CD0=CP0=CS0=0. Текущие концентрации взаимодействующих веществ (в кмоль-м-3): СA = 0,016; СР = 0,028; СS = 0,012; СD —0,034.
Тепловой эффект реакции (-H)= 1,5-108 Дж/(кмоль В). Плотность смеси р=860 кг/м3, теплоемкость смеси ср=2,85-103 Дж(кг-К), скорость подачи vo= 2,6-10-2 м3-с-1.
Определить производительность реактора по продукту К и температуру на выходе реактора, если начальная температура 12°С (285 К).

Определить производительность реактора по продукту К и температуру на выходе реактора, если начальная температура 12°С (285 К).

Скачать решение задачи 2-2

Задача 2-3. В реакторе идеального вытеснения, работающем в адиабатических условиях, происходит жидкофазная реакция первого порядка
2A -(kA) -> B
Константа скорости реакции kA (в 1/c):
Начальные концентрации веществ (в кмоль-м-3): СA0=4,5; СB0=0. Тепловой эффект реакции (-H) = 2-107 Дж/(кмольА), теплоемкость реакционной смеси ср = 2,2-103 Дж/(кг-К), плотность реакционной смеси р=850 кг/м3, температура исходной смеси T0 = 300 К, скорость подачи v0= 10-3 м3-с-1, объем реактора V = 5 м3.
Определить производительность реактора по продукту В и темпеатуру смеси на выходе.

Скачать решение задачи 2-3

Задача 2-4. Установка состоит из следующих последовательно содиненных реакторов: идеального смешения (V1= 2 м3), идеального вытеснения (V2 = 2м3) и идеального смешения (V3=3м3). Начальная концентрация вещества СA3= 1 кмоль-м-3, скорость подачи v0 = 0,05 м3/c скорость реакции (-rA) = 0,0051*CA^0,28. В начальный момент времени продукт в системе отсутствует. Плотность реакционной смеси не меняется.
Определить концентрацию исходного вещества после каждого реактора и рассчитать графически производительность установки по продукту, если известно, что 1 моль исходного вещества дает 2 моль продукта.

Скачать решение задачи 2-4

Задача 2-5. Определить графически производительность системы по продукту для обратимой реакции A <-(k1, k2)->B, если константы скорости k1 =6.5-10^-3 1/c, k1/ = 1,2-10^-3 1/с, начальные концентрации CA = 0,08 кмоль/м3, Св0 = 2-10^-3 кмоль/м3, скорость подачи смеси с0 = 4-10-3 м/c. Система состоит из реактора идеального смешения (V1= 1,5 м3) и реактора идеального вытеснения (V2 = 1,2 м3), соединенных последовательно.

Скачать решение задачи 2-5

Задача 2-6. Жидкофязная реакция второго порядка протекает без изменения плотности реакционной смеси в системе трех одинаковых по объему реакторов идеального смешения А + В -> R + D. Начальные концентрации исходных веществ СA3 = 2 кмоль/м3, СB0 =3кмолъ/м3, текущая концентрация вещества CAi3 =0,14 кмоль/м3. Реакция эндотермическая, тепловой ее эффект равен Hr = 6,8-106 Дж/(кмольА). Плотность реакционной смеси р = 1050 кг/м, теплоемкость ср = 2,90-103 Дж/(кг-К). Температура исходной смеси Tо=20°С, скорость подачи v0=1,6-10-2 м2/с. В первом реакторе поддерживается температура t1 = 20°С, во втором t2 = 35°С, в третьем t3:=5°С. Соответствующие константы скорости в [1/(с*кмоль*м3] k1= 0,041; k2 = 0,078; k3 = = 0,181.
Определить объем реактора и общее количество пара, необходимое для поддержания изотермических условий в реакторах, если давление пара 0,12 МПа (1,2 кгс/см2) и влажность 3%.

Скачать решение задачи 2-6

Задача 2-7. Реакция A –(k1)-> R <-(k1, k2)->S где R - продукт, проходит в реакторе идеального смешения с рециклом. Константы скорости реакции k1 = 5,1*10-3 1/c, k2 = 3,2*10-3 1/c, k2/=1,7-10-3 1/с. Объем реактора V = 0,8 м3, отношение объемной скорости рецикла к скорости подачи 0,17. Начальные концентрации исходных веществ и продукта: СA0=1,65 кмоль/м3; СS0 = 0,12 кмоль/м3; СR0=0. Плотность реакионной смеси остается постоянной. Скорость подачи v0=2-10-3 м3/c. Определить производительность системы (рис. 2-4) по продукту и концентрацию продукта.

Реакция A –(k1)-> R <-(k1, k2)->S где R - продукт, проходит в реакторе

Скачать решение задачи 2-7

Задача 2-8. Реакция A –(k1) -> R –(k2)-> S (где k1 =3,7-10-3 1/с, k2 =2,4- 10-3 1/c) проходит в реакторе идеального вытеснения с рециклом (рис. 2-5). Объем реактора V = 0,67 м3. Начальные концентрации: СA/ = 0,25 кмоль/м3, а продуктов CR0=CS0=0, R - продукт реакции. Производительность по исходному веществу А равна СA/ =4-10-4 кмоль/с.

Реакция A –(k1) -> R –(k2)-> S (где k1 =3,7-10-3 1/с, k2 =2,4- 10-3 1/c) проходит в реакторе идеального вытеснения с рециклом

Определить: 1) объем рецикла, если система работает с получением максимальной концентрации продукта; 2) производительность по продукту; 3) концентрацию вещества А в рецикле, если после сепаратора происходит полное разделение продуктов и непрореагировавшего вещества А, причем концентрация вещества А в рецикле такая же, как на выходе из реактора.

Скачать решение задачи 2-8

Задача 2-9. Реакция А + В –(kA)-> 2С проводится в двух реакторам идеального смешения, соединенных последовательно (рис. 2-6). Объемы реакторов V1 = 0,2 м3, V2 = 0,6 м3. Концентрации веществ в потоке СAг = 0,24 кмоль/м3, СB0 = 0,36 кмоль/м3. Подача исходных веществ осуществляется раздельно со скоростями v/0A= 8-10-4 м/с и v/0B = 4-10-4 м3/с. При т=0 концентрация продукта Сс=0. Плотность реакционной смеси не меняется. Константа скорости реакции kA = 4,1-10-2 с-1 (кмоль/м) . Определить производительность системы по продукту. Как изменится производительность по продукту, если два реактора идеального смешения заменить одним реактором идеального вытеснения, объем которого равен сумме объемов двух реакторов смешения (остальные параметры те же)?

 Реакция А + В –(kA)-> 2С проводится в двух реакторам идеального смешения

Скачать решение задачи 2-9

Задача 2-10. Определить производительность по продукту для реакции А + 2В –(kA)-> R + М, где R - продукт и kА = 0,001 1/с (кмоль/м3) - константа скорости по веществу А. Начальные концентрации веществ: СA0 = 2 кмоль/м, СB0 = 5 кмоль/м. Производительность по исходному веществу А равна CA0 = 4-10-3 кмоль/с. Рассмотреть параллельную и последовательные схемы для реактора идеального смешения (V1= 1 м3) и реактора идеального вытеснения (V2=2 м3). Плотность реакционной смеси постоянна, в начальный момент времени продукт отсутствует.

Определить производительность по продукту для реакции А + 2В –(kA)-> R

Скачать решение задачи 2-10

Задача 2-11. Жидкофазная реакция первого порядка А –(k)->R и протекает в системе двух равных по объему (V = 0,6 м3) и последовательно соединенных реакторов идеального смешения. Начальная концентрация вещества А CA0= 1,5-10-2 кмоль/м3. Скорость подачи v0= 0,001 м3/с. Константа скорости реакции k = 2-10-3 1/c. Плотность реакционной смеси постоянна. При подаче мгновенного импульса концентрация в первом реакторе становится равной 1,8-10-2 кмоль/м3. После этого в схему снова подается раствор с прежней концентрацией. Рассчитать концентрации вещества А в первом и во втором реакторах через 5 и 10 мин с момента подачи мгновенного импульса. Определить время, при котором концентрация вещества А на выходе из системы отличалась бы от стационарной, на 5%.

Скачать решение задачи 2-11

Задача 2-12. Жндкофазная необратимая реакция А –(k)-> R протекает в реакторе идеального смешения объемом V = 0,6 м3 при скорости подачи v0 = 0,001 м3/c и постоянной плотности реакционной смеси. Константа скорости реакции k = 2-10-3 1/c. Начальные концентрации: СA0 = 1,5-10-2 кмоль/м3; СRо = 0. Определить концентрацию продукта через 10 мин после подачи ступенчатого сигнала (рис. 2-10), который характеризуется концентрацией начального продукта СA0 = 1-10 3 кмоль/м3 и скоростью подачи v0=0,8-10-3 м3/с.

Скачать решение задачи 2-12

Задача 2-13. Реакция А ->(k) продукты проходит в системе реакторов идеального смешения, соединенных последовательно. Константа скорости реакции k=2,2-10~3 1/с. Объемы реакторов V1=V2=0,5 м3. Начальная концентрация исходного вещества СА, = 0,60 кмоль/м3. Скорость подачи v0=0.7-10-3 м3/с. Плотность реакционной смеси не меняется.
В результате прямоугольного импульса (рис. 2-11), время действия которого 3 мин, начальная концентрация исходного вещества увеличилась до СА0 = 1-0 кмоль-м-3.
Определить: I) интервал времени с момента окончания импульса, когда концентрация вещества А во втором реакторе достигает максимального значения; 2) максимальную концентрацию вещества А во втором реакторе.

Реакция А ->(k) продукты проходит в системе реакторов идеального смешения

Скачать решение задачи 2-13

   

Степень превращения, выход и избирательность в химическом процессе

Задача 3-1. Жидкофазная необратимая реакция первого порядка протекает без изменения плотности реагирующих веществ в реакторе периодического действия. Продукты реакции в исходном растворе отсутствуют. За время т1 = 120 с в целевой продукт превращается 20 % исходного вещества. Определить степень превращения при т2 = 360 с в непрерывнодействующем реакторе идеального вытеснения и непрерывнодействующем реакторе идеального смещения.

Скачать решение задачи 3-1

Задача 3-2. В реакторе периодического действия протекает жидко-фазная реакция второго порядка А + В –(k2)-> R + S при постоянном объеме и соотношении начальных концентраций исходных веществ СA0 ; CB0 = 0,55 : 0,45. Известно, что за время т = 80 с степень превращения по веществу В достигает 30 %. Определить степени превращения веществ А и В в реакторе идеального смешения и реакторе идеального вытеснения, если соотношение концентраций исходных веществ на входе в реактор остается прежним, а подача исходных веществ А и В осуществляется раздельно (скорости подачи веществ v0a=1,8-10-3 м3/с, v0b=2,7-10-3 м3/с; объем каждого реактора V = 5,2 м3).

Скачать решение задачи 3-2

Задача 3-3. Жидкофазная необратимая реакция первого порядка протекает с изменением плотности реакционной смеси в реакторе периодического действия. При степени превращения XA=0 плотность р = 800 кг/м3, а при XA=1 р=1040 кг/м3. Известно, что за время т = 130 с объем реакционной смеси уменьшился на 12 % от первоначальной величины. Определить степень превращения, которая будет в реакторе идеального смешения и реакторе идеального вытеснения объемом V = 0,1 м3 каждый при скорости подачи vО = 5-10-3 м3/с.

Скачать решение задачи 3-3

Задача 3-4. В реакторе периодического действия протекает жидкофазная реакция второго порядка А + 2В –(k2)-> продукты. Плотность реакционной смеси не меняется. Константа скорости реакции рассчитывается по веществу А. Соотношение начальных концентраций веществ СA0 ; CB0 = 1 : 2. Известно, что за время т = 50 с степень превращения достигает 12 % по веществу А. Вычислить степень превращения вещества А в реакторе идеального вытеснения и реакторе идеального смешения при том же соотношении исходных концентраций, если скорость подачи исходных веществ составляет vО = 2,4-10-2 м3/с, а объем каждого реактора равен V = 5,6 м3. Определить объемы реактора идеального вытеснения и реактора идеального смешения, необходимые для достижения рассчитанных выше степеней превращения, если соотношение исходных концентраций веществ будет равно СA0 ; CB0=1 :4 (СA0=const). Задачу решить аналитически и графически.

Скачать решение задачи 3-4

Задача 3-5. Для газофазной реакции А –(k1, k2)-> 3B где k1 = 4.6-10-4 1/c и k1 = 1,1-10-4 1/c (обе константы даются по веществу А), найти степень превращения вещества А за время, равное т = 5009 с, при СB0 = 0: 1) для реактора идеального вытеснения; 2) для модели реактора идеального смешения; 3) для реактора периодического действия с постоянным объемом, если время на подготовку реактора занимает 15 % от условного времени пребывания t'.

Скачать решение задачи 3-5

Задача 3-6. Жидкофазную обратимую реакцию А + В –(k1, k2)-> 2R , где k1 =2,3-10-2 1/с (1/кмоль/м3), k2=0,41-10-2 1/c (1/кмоль/м3), (обе константы даются по веществу А) можно проводить как в реакторе идеального смешения, так и в реакторе идеального вытеснения.
Требуется рассчитать объемы реакторов, которые необходимы для получения степени превращения по веществу В, равной хв = 0,30, при раздельной подаче исходных веществ. Скорость подачи вещества А равна v0A=8-10-3м3/с,начальная концентрация СA0=0,12кмоль/м3. Скорость подачи вещества В составляет v0B = 6-10-3 м3/с, начальная концентрация СB0 = 0,15 кмоль/м3. Продукт в исходном растворе отсутствует. Плотность реакционной смеси постоянна.

Скачать решение задачи 3-6

Задача 3-7. Параллельная реакция второго порядка
А + В -(k1)-> 2R
А + A -(k2)-> 2S
протекает в реакторе периодического действия при постоянном объеме н соотношении констант скорости k2 = 0,5k1 (обе константы даются по веществу А). Плотность реакционной смеси не меняется. При времени пребывания т = 140 с и соотношении исходных концентраций СA0 = 3СB0, степень превращения вещества В равна хв = 0,62.
Определить степень превращения веществ А и В в реакторе идеального вытеснения объемом V=1,4 м3 при скорости подачи смеси vо = 1,5-10-2 м3/с и соотношении исходных концентраций СA= 3СB,

Скачать решение задачи 3-7

Задача 3-8. Дана реакция
А + В -(k1)-> R
R + B -(k2)-> S
константы скорости которой заданы по веществу А и равны k1 = 2-10-2 1/c (1/кмоль/м3), k2 = 3,1-10-2 1/c (1/кмоль/м3). Начальные концентрации: СA0 = 0,04 кмоль/м3; СB0 = 0,30 кмоль/м3. Вещество В подается в избытке. Продукты в исходной смеси отсутствуют.
Для реактора идеального смешения и реактора идеального вытеснения, имеющих равные объемы V = 0,65 м3, рассчитать: I) максимальный выход по продукту R; 2) максимальную возможную концентрацию продукта R (определить также, с какой скоростью надо подавать исходный раствор, чтобы получить эту концентрацию); 3) соотношение максимального выхода для реактора вытеснения и максимального выхода для реактора смешения.

Скачать решение задачи 3-8

Задача 3-9. Реакция
А + В -(k1)-> R
R + B -(k2)-> S
константы скорости которой равны равны k1 = 2-10-3 1/c (1/кмоль/м3) и равны k1 = 4-10-3 1/c (1/кмоль/м3), проводится в реакторе идеального вытеснения при скорости подачи v0 = 1,2-10-3 м3/с и начальных концентрациях исходных веществ СA0 = 0,077 кмоль/м3, СB0= 0,14 кмоль/м3 (считать, что СR0 = СS0=0).
Определить максимальный выход продукта К. а также все выходные концентрации веществ и необходимый объем реактора,

Скачать решение задачи 3-9

Задача 3-10. Реакция
А + В -(k1)-> R
R + B -(k2)-> S
проводится в реакторе идеального вытеснения со скоростью подачи v0= 4,5-10-3 м3/с. Константы скорости реакции k1 = 2,1-10-2 1/c (1/кмоль/м3) и k2 = 4,2-10-2 1/c (1/кмоль/м3). Начальные концентрации веществ А и В равны СA0 = 0,05 кмоль/м3 и СB0=0,20 кмоль/м3. В начальный момент времени продукты реакции отсутствуют.
Рассчитать максимальный выход по продукту К и необходимый при этом объем реактора. Определить, какой будет погрешность при расчете максимального выхода продукта и объема реактора, если расчет вести в предположении, что вещество В взято в избытке.

Скачать решение задачи 3-10

Задача 3-11. В реакторе идеального смешения проходит реакция
А + В -(k1)-> R
R + B -(k2)-> S
S + B -(k3)-> D

константы скорости которой равны [в 1/с 1/(кмоль/м3)]: k1 =3,8-10-3; k2 = 4,2-10-3; k3=6,4-10-3. Плотность реакционной смеси не меняется. Концентрация вещества В соизмерима с концентрацией вещества А.
Найти выход по продукту S, если степень превращения вещества А составляет хa=0,80, а концентрация продуктов в исходной смеси равна нулю.

Скачать решение задачи 3-11

Задача 3-12. В жидкофазной реакции
А + В -(k1)-> R
A + B -(k2)-> S
A + B -(k3)-> D
продуктом является вещество 5. Известно, что при температуре T = 295 К k1=a, k2=4,5а и k3 = 6,5a, а при T = 378 К k1 = 2,1а, k2=6,8a, k3=9,2a.
Найти избирательность по продукту S при температуре 295 К для реактора Идеального вытеснения и реактора идеального смешения. Влияет ли отношение концентраций исходных веществ на избирательность? Определить оптимальную температуру, при которой получается максимальная избирательность по продукту.

Скачать решение задачи 3-12

Задача 3-13. Реакция
А + В -(k1)-> R
2В -(k2)-> S
проводится в реакторе идеального вытеснения. Скорости образования продуктов описываются следующими уравнениями:где k1 = 4,8-10-4 1/с (1/кмоль/м3); k2=1,7-10-4 1/с (1/кмоль/м3);. Плотность реакционной смеси не меняется. Отношение концентраций исходных веществ СA0/СB0, = 0,25. Концентрации продуктов в исходной смеси равны нулю. Определить общую избирательность по продукту R, если степень превращения по веществу А равна хa = 0,14.

Скачать решение задачи 3-13

Задача 3-14. В результате реакции разложения из вещества А получают вещество В (продукт) и побочные продукты, причем скорости реакций находятся в следующем соотношении: -ra=rb+rnn. Мгновенная избирательность процесса зависит от степени 'превращения вещества: ф =0,65 + 2,50xa- 7,0xa^(2). Это уравнение справедливо в пределах 0 < хa < 0,5 при постоянной плотности реакционной смеси. В исходной смеси отсутствуют побочные продукты и продукт реакции. Реакцию останавливают при ф =0,53, так как дальнейшее проведение процесса снижает выход продукта. Рассчитать интегральную избирательность по продукту, если реакцию проводить: 1) в реакторе периодического действия; 2) в реакторе идеального вытеснения; 3) в реакторе идеального смешения. Определить максимально возможную общую избирательность по продукту для данной степени превращений. Как для этого нужно соединить реакторы?

Скачать решение задачи 3-14

   

Cтраница 8 из 12

Яндекс.Метрика Rambler's Top100 www.megastock.com Здесь находится аттестат нашего WM идентификатора 000000000000
Проверить аттестат