Задачи по хим технологии
Расчеты расходных коэффициентов
Задача ОХТ 1. Определить теоретические расходные коэффициенты железных руд, используемых при выплавке чугуна, содержащего 92% Fе, при условии, что в рудах отсутствуют пустая порода и примеси. Молекулярная масса железных руд: шпатовый железняк FеСО3 - 115,8; лимонит 2Fе2ОЗ*Н2О - 373; гетит 2Fе2О3-2Н2О - 355; красный железняк Fе2О3 - 159,7; магнитный железняк Fе3О4 - 231,5.
Задача ОХТ 2. Рассчитать расход алунитовой руды, содержащей 23% Аl2О3, для получения 1 т алюминия, если потери алюминия на всех производственных стадиях составляют 12% (масс.). Алунит можно представить формулой ЗА12О3-К2О-45О2-6Н2О. Молекулярная масса: алунита - 828, А12O3-102; А1 - 27.
Задача ОХТ 3. Рассчитать расход бензола и пропан-пропиленовой фракции газов крекинга [30% (об.) пропилена и 70% (об.) пропана] для производства 1 т фенола, если выход изопропилбензола из бензола составляет 90% от теоретического, а фенола из изопропилбензола - 93%. Молекулярная масса: бензола - 78, пропилена - 42, пропана-44, фенола - 94.
Задача ОХТ 4. Рассчитать расход ильменитовой руды и серной кислоты для получения 1 т диоксида титана ТiO2, если содержание титана в руде составляет 24,3% (масс.), а степень разложения FeTiO3 89%. В состав ильменитовой руды входят FeTiO3 и Fе2О3. В производстве применяют 80%-ную Н2SО4 с 50%-ным избытком от теоретического.
Задача ОХТ 5. Определить расходные коэффициенты в производстве карбида кальция (технического), содержащего [% (масс.)]! СаС2 - 78; СаО-15, С - 3; прочие примеси - 4. Известь содержит 96,5% СаО. Содержание (%) в коксе: золы - 4, летучих - 4, влаги - 3.
Расчет вести на 1 т технического продукта. Молекулярная масса: 64, СаО - 56.
Задача ОХТ 6. Определить расход бурого угля [содержащего 70%' (масс.) углерода], водяного пара и воздуха для получения 1000 м3 генераторного газа состава [% (об.)]: СО - 40, Н2-18, N2 - 42. Для упрощения расчета принимаем состав воздуха [%(об.)]: N2 - 79, О2 - 21. Молекулярная масса воздуха - 29.
Задача ОХТ 7. Рассчитать расходный коэффициент природного газа, содержащего 97% (об.) метана, в производстве уксусной кислоты (на 1 т) из ацетальдегида. Выход ацетилена из метана составляет 15% от теоретически возможного, ацетальдегида из ацетилена - 60%, а уксусной кислоты из ацетальдегида - 90% (масс.). Молекулярная масса: С2Н2-26; СН3СНО -44; СНзСООН -60, СН4-16.
Задача ОХТ 8. Определить количество аммиака, требуемое для производства 100000 т/год азотной кислоты, и расход воздуха на окисление аммиака, если цех работает 355 дней в году, выход оксида азота 0,97, степень абсорбции 0,92, содержание аммиака в сухой аммиачно-воздушной смеси 7,13% (масс.).
Задача ОХТ 9. Составить материальный баланс печи для сжигания серы производительностью 60 т/сутки. Степень окисления серы 0,95 (остальная сера возгоняется и сгорает вне печи). Коэффициент избытка воздуха а =1,5*. Расчет вести на производительность печи по сжигаемой сере в кг/ч.
Задача ОХТ 10. Составить материальный баланс производства оксида этилена прямым каталитическим окислением этилена воздухом. Состав исходной газовой смеси [% (об.)]: этилен - 3, воздух - 97. Степень окисления этилена 0,5. Расчет вести на 1 т оксида этилена.
Задача ОХТ 11. При электрокрекинге природного газа [состав, % (об.): СH4 - 98, N2 - 2] в газе, выходящем из аппарата, содержится 15% ацетилена. Рассчитать материальный баланс процесса на 1000 м3 исходного газа без учета побочных реакций.
Задача ОХТ 12. Рассчитать материальный баланс печи окислительного обжига в производстве ванадата натрия NaVO3. Сырье: ванадиевый шлак, содержащий 13% (масс.) V2O5, воздух, NаС1 [расход NаС1 составляет 10% (масс.) от массы шлака]. Расчет вести на 1 т готового продукта.
Задача ОХТ 13. Составить материальный баланс производства криолита (на 1 т), если процесс описывается следующим суммарным уравнением: 2Аl(ОН)3 + 12НF + ЗNа2СО3 = 2Nа3А1Р6 + 3СО2 + 9Н2О. Плавиковую кислоту применяют в виде 15% раствора фтороводорода в воде. Соду берут с 4% недостачи от стехиометрического соотношения для обеспечения необходимой остаточной кислотности.
Задача ОХТ 14. Составить материальный баланс хлоратора в производстве хлорбензола (на 1 т хлорбензола). Содержание жидких продуктов [% (масс.)]: бензола - 65,0; хлорбензола - 32,0; ди-хлорбензола - 2,5; трихлорбензола - 0,5. Технический бензол содержит 97,5% (масс.) С6Н6, технический хлор - 98% (масс.) С12.
Задача ОХТ 15. Составить материальный баланс производства фтороводорода (на 1 т НF) из плавикового шпата, содержащего [% (масс.)]: СаF2 - 96; SiO2 - 4. Степень разложения шпата 0,95. Для разложения применяют 93%-ную H2SO4 с 15%-ным избытком от теоретического.
Задача ОХТ 16. Составить материальный баланс обжиговой печи в производстве цементного клинкера для портландцемента (на 1 т клинкера), если в состав шихты входит 20% строительной глины и 80% известняка. Состав сырья, % (масс.): строительная глина - SiO2 - 72,0; А12О3-16,0; Fе2О3 -7,0; К2О- 1,7; Nа2О - 3,3; известняк - СаСО3 - 95,0, примеси - 5,0.
Задача ОХТ 17. Составить материальный баланс от¬деления окисления аммиака (на 1 т азотной кислоты). Степень окисления NН3 до NO - 0,97, до N2 - 0,03; NO до NО2 - 1,0. Степень абсорбции 0,92. Содержание аммиака в сухой аммиачно-воздушной смеси 7,13% (масс.). Воздух насыщен парами воды при 30 °С. Относительная влажность 80%.
Задача ОХТ 18. Составить материальный баланс производства железооксидного катализатора (Fе2О3) на 1 т продукта. Сырьем служат железный купорос FеSО4-7Н2О в виде 2 н. раствора с плотностью 1152 кг/м3 и 25%-ная аммиачная вода (в производстве используют 10% раствор аммиака).
Задача ОХТ 19. Составить материальный баланс сжигания колчедана в печи КС-200 (на 1 ч работы печи). Производительность печи по колчедану 200 т/сут. Содержание, %: серы в колчедане - 41, влаги в колчедане - 3, серы в огарке- 1, SО2 в сухом печном газе-14,1, О2 в сухом печном газе - 2,4. Температура поступающего воздуха 20°С. Относительная влажность воздуха 50%.
Задача ОХТ 20. Составить материальный баланс реактора для каталитического окисления метанола в формальдегид. Производительность реактора 10000 т СН2О в год. Степень превращения СН3ОН в СН2О 0,7. Общая степень превращения метанола 0,8 (с учетом побочных реакций). Содержание метанола в спирто-воздушной смеси 40% (об.). Мольное соотношение побочных продуктов в продукционном газе НСООН: СО2: СО: СН4 = 1,8: 1,6: 0,1: 0,3. Агрегат работает 341 день в году (с учетом планово-предупредительного ремонта и простоев). Окисление проходит на твердом серебряном катализаторе при 600°С.
Расчет констант равновесия и равновесного выхода продукта
Задача ОХТ 21. Синтез аммиака осуществляется в колонне под давлением 30 МПа при 450°С. Газ, выходящий из колонны, имеет состав [% (об.)]: NН3-17,0; N2- 11,0; Н2 -72,0. Рассчитать соотношение N2 и Н2 в исходном газе, поступающем в колонну синтеза.
Задача ОХТ 22. При синтезе хлороводорода, проводимом с 10%-ным избытком Н2 по отношению к стехиометрическому количеству, в газе, выходящем из аппарата, содержится 80% НС1. Рассчитать Кс для заданных условий.
Задача ОХТ 23. Определить равновесный выход оксида углерода (II) в процессе газификации каменного угля водяным паром при 500 и 700°С, если lg(pНа0/(рсорНа)]равен соответственно 1,67 и -0,13. Р = 0,1 МПа.
Задача ОХТ 24. Найти при 327 °С константу равновесия реакции гидрирования пропилена до пропана: С3Н6 + Н2 = С3Н8.
Задача ОХТ 25. Для процесса синтеза аммиака рассчитать равновесные выходы аммиака и значения констант равновесия 1/Kp^0,5 = pH2^3/2 * pN2^1/2 / pNH3 при t1 = 600°С и t2 = 500°С. Процесс осуществляется под давлением P1 = 30 МПа, исходная смесь содержит реагенты в стехиометрическом соотношении. Определить, как изменится равновесное содержание NH3 в газе (xР) при 500 °С, если уменьшить давление от P1 = 30 МПа ДоР2=10МПа.
Задача ОХТ 26. В процессе прямой гидратации этилена на фосфорном катализаторе (в производстве этанола) при t = 300°С и Р = 8 МПа 10% (об.) этилена превращается в этанол. Найти состав газа и условную константу равновесия, пренебрегая побочными реакциями
Задача ОХТ 27. Исходная смесь для окисления хлороводорода содержит [% (об.)]: НСl - 35,5; воздуха - 64,5. Процесс окисления протекает при Р = 0,1 МПа и t = 370°С на оксидном хромовом катализаторе. По окончании реакции в газе содержится 13,2% С12. Рассчитать равновесный состав газовой смеси и значение константы равновесия Kp=pCl2^2 * pH2O^2 / (pHCl^4*pO2)
Задача ОХТ 28. При одноступенчатой конверсии метана из конвертора выходит газ состава [% (об.)): Н2 - 52; СО - 21; СО2 - 7,5; Т2-19; СН4 - 0,5. Пройдя увлажнитель и теплообменник, газ поступает в конвертор оксида углерода (II). Рассчитать количество водяного пара, необходимого для осуществления процесса, чтобы содержание оксида углерода в сухом конвертированном газе не превышало 3,5% (об.). Рассчитать также и равновесную степень превращения СО. Температура процесса 500°С, давление 0,1 МПа. Расчет вести на 100 м3 газа указанного состава.
Задача ОХТ 29. При конверсии оксида углерода(II) с водяным паром по реакции СО + Н2О = СО2 + Н2 значение константы равновесия К.с = [СО2]/([СО] (Н2О] )= 1. Определить равновесный состав газа, если в исходной смеси на 1 моль СО приходится 2 моль Н2О.
Задача ОХТ 30. Процесс окисления оксида азота (II) до диоксида сопровождается образованием димера N2О4. Рассчитать степень полимеризации NО2 для газовой смеси, содержащей 5% (об.) NО2 в исходном газе, если давление газа составляет 0,1 МПа, а температура 40°С. Значение константы равновесия: Kp = pNO2^(2)/pN2O4
Задача ОХТ 31. При окислении оксида серы(IV) в оксид серы(VI) в производстве серной кислоты по контактному способу в фор контактный аппарат поступает сернистый газ состава [% (об.)]: SО2-11; О2-10; N2 - 79. Процесс окисления осуществляется при / = 570°С и Р= 1200 кПа, Степень окисления 70%. Рассчитать состав окисленного газа и значение константы равновесия:Kp^0,5=pSO2/(pSO2*pO2^0,5)
Задача ОХТ 32. При синтезе метанола равновесное содержание СН3ОН 24,2% (об.), если процесс осуществляется при t = 350°С и Р = 30 МПа. Соотношение Н2: СО в исходной смеси 4:1; при стехиометрическом соотношении Н2: СО равновесная концентрация СН3ОН в смеси составляет 37,8% (об.). Рассчитать равновесный состав смеси и значения констант равновесия: Kp=pCH3OH/(pCO*pH2^2)
Задача ОХТ 33. Для окисления хлороводорода используется смесь состава [% (об.)]: О2 - 32,4; НС1 - 67,6. Процесс протекает при P = 0,1 МПа и t = 386°С. По окончании реакции в газе содержится 31,4% С12. Рассчитать состав смеси в момент равновесия и значение константы равновесия: Kp = pHCl^4*pO2/(pCl2^2*pH2O)
Задача ОХТ 34. Составить материальный баланс трубчатого конвертора метана для конверсии природного газа по следующим данным. Производительность агрегата по природному газу (идущему на конверсию) 4700 м3/ч. Состав природного газа [% (об.)]: СН4 -97,8; С2Н6 - 0,5; С3Н8 -0,2; С4Н10 - 0,1;. N2 - 1,4. Отношение объемов водяной пар: газ в исходной парогазовой смеси (ПГС) 2,5. Степень конверсии 67% по углероду, т. е. по углеводородной части газа. Реакции:
СН4 + Н2О = СО + ЗН» - 38,9 кДж/моль (I)
СН4 + СО2 = 2СО + 2Н2 - 248,3 кДж/моль (2)
СН4 + 0.5О, = СО + 2Н2 + 34,8 кДж/моль (3)
СО + Н2О = СО2 + Н2 + 4 1,0 кДж/моль (4)
Соотношение СО : СО2 в конвертированном газе можно принять отвечающим равновесию реакции (4) при температуре газа на выходе из конвертора, т. е. при 700 °С, поскольку: а) равновесие этой реакции достигается быстрее, чем других; б) равновесие других реакций при этой температуре в значительно большей степени сдвинуто в сторону продуктов реакции. Задача знаения констант равновесия реакций (1) - (4) при 700 °С равны соответственно: 25, 20, 3*10^11, 1,54. Расчет вести на 100 м3 природного газа с последующим пере¬счетом на производительность в кг/ч.
Расчет теплот физических и химических превращений
Задача ОХТ 35. Подсчитать количество теплоты (кДж), выделяю» щееся при образовании 100 л ацетилена из карбида кальция. Теплоты образования, кДж/кмоль: СаС2 - 62 700; Н2О - 241840; СаО- 635100; С2Н2 -226750.
Задача ОХТ 36. Определить количество теплоты, образующееся при сгорании 1 м3 и 1 кг этана. Теплота сгорания этана в стандартных условиях 1 559 880 кДж/кмоль. Молекулярная масса этана - 30.
Задача ОХТ 37. Определить теоретическую теплотворную способность углистого колчедана, содержащего 45% S и 5% С. 1 кг чистого колчедана при сгорании дает 7060 кДж, а 1 кг чистого углерода- 32700 кДж. Молекулярная масса: FеS2- 120.
Задача ОХТ 38. Вывести общую формулу для определения теплотворной способности колчедана в зависимости от содержания в нем серы п. Теплоты образования (кДж/моль) реагентов и продуктов реакции: Fе2О3 - 821,3; SО2 - 296,90; FеS2-177,4. Чистый колчедан содержит 53,35% S.
Задача ОХТ 39. Определить температуру горения цинковой обманки, содержащей 96% ZnS. Состав обжиговых газов [% (об.)]: SО2 - 7; О2 - 11 и N2 - 82. Потери теплоты печью в окружающую среду .(без дополнительного охлаждения) 13% от выделяющейся. В ходе обжига выгорает 98% ZnS.
Задача ОХТ 40. Вывести общую формулу для определения теплотворной способности цинковой обманки, содержащей n % серы.
Задача ОХТ 41. Рассчитать теоретическую температуру горения этана при избытке воздуха 20% (а = 1,2). Теплота сгорания этана 1 560 997 кДж/кмоль.
Задача ОХТ 42. Рассчитать теоретическую температуру горения метана природного газа при избытке воздуха 25%. Теплота сгорания метана 890310 кДж/моль.
Задача ОХТ 43. Степень окисления SО2 в SО3 составляет: x1 = 0,55 и x2 = 0,96. Рассчитать изменение температуры в зоне реакции, если средняя теплоемкость газовой смеси, содержащей [% (об.)] SО2 - 8, О2 - 11 и N2 - 81, условно принимается неизменной и равной 1,382 кДж/(м3-°С).
Задача ОХТ 44. Рассчитать повышение температуры при окислении SО2 на 1% при 500 °С для газовой смеси состава [(% (об.)]: SО2 - 7; О2 - 12 и N2 - 81.
Задача ОХТ 45. Определить, какую температуру теоретически можно получить в реакционной зоне шахтной печи для обжига известняка при избытке воздуха а = 2 и а = 3 от требуемого по стехиометрическому количеству, считая, что в исходной шихте находится чистый углерод. При расчете не учитывать тепловые эффекты идущих в печи реакций и теплопотери.
Задача ОХТ 46. При обжиге шихты, содержащей 10 т известняка и кокс, определить: 1) расход кокса состава [% (масс.)]: С - 91; золы - 7; влаги - 2; 2) состав обжиговых газов в процентах (по объему); 3) тепловой эффект реакции обжига. Степень диссоциации при обжиге известняка 95%. Воздух подается с избытком а= 1,4.
Задача ОХТ 47. Определить количество теплоты, выделяющееся при обжиге 1 т FеS2, содержащего 38% серы, если степень выгорания серы из колчедана 0,96.
Задача ОХТ 48. На 1-й слой контактного аппарата при 450 °С подается 10000 м3/ч исходной газовой смеси, содержащей [% (об.)]: SО2-10; О2-11 и N2 - 79. В результате экзотермической реакции SО2 + 0,5 О2 = О3 + Q (где Kp = 101420 - 9,26 Tср) температура газа повысилась до 580 °С. Определить степень окисления SО2 в SО3, если принять теплоемкость газа неизменной и равной 1,38 кДж/(м3-°С) (изменением объема в результате реакции пренебрегаем).
Задача ОХТ 49. Определить теоретический расход мазута для получения 1 т оксида алюминия из гидроксида алюминия.
Задача ОХТ 50. Рассчитать расход природного газа, содержащего [% (об.)]: СН4 - 82; гомологов - 9, для производства 100 т/сутки глинозема (А12O3). Потери теплоты в окружающую среду составляют 5% от общего расхода. Температура в зоне реакции 1200 °С. Температура реагентов, поступающих в печь, 20 °С.
Задача ОХТ 51. Рассчитать тепловой эффект реакции получения хлороводорода 2NаС1 + Н2SO4 = На2SО4 + 2НС1 - q расход топлива (без учета теплоты сырья) на 1 т хлороводорода, если в качестве топлива используют коксовый газ примерного состава [% (об.)]: Н2 -56; СН4 - 25; С2Н4 - 2,5; СО - 7,0; СО2 - 2,6; 02 - 0,7, N2 - 5,7.
Задача ОХТ 52. Какое количество теплоты выделится при хлорировании 1 т бензола, если конечная смесь содержит 39% хлорбензола, 1% дихлорбензола, 60% бензола?
Задача ОХТ 53. Подсчитать: а) объем сухого воздуха для полного сгорания газа полукоксования бурого угля, если коэффициент избытка воздуха а =1,2; б) состав продуктов сгорания; в) теплотворную способность (кДж/м3) газа полукоксования. Состав газа [% (об.)]: СН4 - 60; Н2 - 20; другие углеводороды (считая на С2Н4) - 3; СО - 6; СО2 - 6,8; О2 - 0,04; N2 - 4,16.
Задача ОХТ 54. Определить количество теплоты, выделяющейся при газификации твердого топлива, если из генератора водяного газа выходит газ состава [% (об.)]: СО - 38; Н2 - 50; СОг - 6,2 и N2 - 5,8. Расчет вести на 1000 м3 генераторного газа. Теплоты образования (кДж/моль): СО-110,58; СО5 -393,79; Н2О (пар)-242,0.
Задача ОХТ 55. В сатуратор, содержащий 130 кг 76% раствора серной кислоты, подается 34 кг газообразного аммиака, барботирующего через раствор. Определить, какое количество теплоты может быть использовано для испарения реакционной воды, если первоначальная температура кислоты и аммиака 25°С, а потери теплоты сатуратором в окружающую среду равны 9% от общего прихода теплоты.
Задача ОХТ 56. Подсчитать температуру горения мазута состава [% (масс.)]: С - 87; Н2- 10,8; О2- 1,0; 5 - 0,7; N2 - 0,5. Воздух для горения, содержащий в 1 м3 0,015 м3 Н2О, подается с избытком а = 1,36. Мазут и воздух поступают в топку с темперарурой 20 °С. Общие теплопотери (стенками топки и факелом) равны 6,5% от общего прихода теплоты. Расчет вести на 1 кг мазута.
Задача ОХТ 57. Рассчитать температуру горения эстонского сланца состава [% (масс.)]: С -70; Н2 -6,5; О2-10; 5 - 2,0; N2 - 1; зола - 5,5; влага - 5. Коэффициент избытка воздуха а =1,55. Относительная влажность воздуха 100%. Сланец и воздух поступают в топку с температурой 25 °С. Теплопотери (теплоотдача через стенки котла и унос теплоты со шлаком) 8% от общего прихода теплоты. При 25 °С влажность при насыщении 23,1 г/м3. Расчет вести на 1 кг сланца.
Расчеты теплового баланса промышленных процессов
Задача ОХТ 58. Рассчитать объем полимеризатора Vп и составить тепловой баланс первого полимеризатора (в кДж на 1 т исходного стирола) при коэффициенте заполнения реактора ф3 = 0,65 и рабочем объеме аппарата ур = 1,8 м3.
Задача ОХТ 59. Подсчитать тепловой баланс контактного аппарата для частичного окисления SO2 производительностью 25000 м3/ч. Газовая смесь содержит [% (об.)]: SО2 - 9; О2- 11; N2 - 80. Степень окисления 88%. Температура входящего газа 460°С; выходящего - 580°С. Средняя теплоемкость смеси (условно считаем ее неизменной) 2,052 кДж/(м3-°С). Потери теплоты в окружающую среду 5% от прихода теплоты.
Задача ОХТ 60. Составить тепловой баланс (на 1 ч работы) стадии пиролиза при производстве уксусного ангидрида из ацетона и рассчитать количество природного газа, содержащего [% (об.)]: СН4 - 98; М2 - 2. Производительность по уксусному ангидриду 24 т/сутки. Температура пиролиза 800 °С. Степень превращения ацетона в кетен за один цикл 0,25. Теплота испарения ацетона 553,5 кДж/кг. Теплоемкость [кДж/(кг-°С)] ацетона при 20 °С 2,09, реакционной смеси при 800 °С 2,26. Теплотворная способность чистого метана 890310 кДж/кмоль.
Задача ОХТ 61. Составить тепловой баланс реактора для получения водорода каталитической конверсией метана. Потери теплоты в окружающую среду 6% от прихода теплоты. Отношение СН4: H2O =1:2. Температура поступающих в реактор реагентов 105 °С; температура в зоне реакции 900 °С. Расчет вести на 1000 м3 Н2.
Задача ОХТ 62. Составить тепловой баланс генератора водяного газа при газификации 1 т кокса, содержащего [% (масс.)]: С - 93, золы -4 и Н2О - 3, - и подаче 1575 кг водяного пара на 1 т кокса. Образовавшиеся 2190 кг водяного газа содержат [% (масс.)]: СО - 89,9, СО2-1,94 и Н2 - 8,16. Температура водяного газа на выходе из генератора 1000°С, температура подаваемого кокса 25°С и водяного пара 100°С.
![Составить тепловой баланс генератора водяного газа при газификации 1 т кокса, содержащего [% (масс.)]: С - 93, золы -4 и Н2О - 3, - и подаче 1575 кг водяного пара на 1 т кокса. Образовавшиеся 2190 кг водяного газа содержат [% (масс.)]: СО - 89,9, СО2-1,94 и Н2 - 8,16. Температура водяного газа на выходе из генератора 1000°С, температура подаваемого кокса 25°С и водяного пара 100°С.](/images/stories/OXT/zad-muh/62.jpg "Составить тепловой баланс генератора водяного газа при газификации 1 т кокса, содержащего [% (масс.)]: С - 93, золы -4 и Н2О - 3, - и подаче 1575 кг водяного пара на 1 т кокса. Образовавшиеся 2190 кг водяного газа содержат [% (масс.)]: СО - 89,9, СО2-1,94 и Н2 - 8,16. Температура водяного газа на выходе из генератора 1000°С, температура подаваемого кокса 25°С и водяного пара 100°С.")
Задача ОХТ 63. Составить тепловой баланс печи КС-200 по данным таблицы материального баланса. Темпера¬тура в кипящем слое 800 °С. Потери теплоты 4% от прихода. Теплоемкость [кДж/(м3-К)] при 20°С: колчедана-0,538 кДж/(кг-К); воздуха- 1,3097 [1,0119 кДж/(кг-К)]; Н2О -2,006; при 800°С: огарка - 0,883 кДж/(кг-К); SО2 -4,187 (0,437 + 0,0000847 T) = 2,428; O2-1.571; N2 - 1,463; Н2О-1,884.
Задача ОХТ 64. При производстве ацетилена термоокислительным крекингом природного газа, содержащего [% (об.)]: СН4 - 98; СО2 - 0,5; N2-1,5, - в конечном газе содержится [% (об.)]: С2Н2 -9; СО -26; Н2 -54; С2Н4 -0,5; СО2 - 4,5; СН4 -6. Про¬цесс идет по реакциям
СН4 + 202 = СО2 + 2Н2О + q1 (1); СН4 + 1,5О2 = СО + 2Н2О + q2 (2
СН4 + 0,5О2 = СО + 2Н2 + q3 (3) Н2 + 0,5О2 = Н2О +q4 (4)
2СН4 = С2Н2 + ЗН2 - q5 (5); 2СН4 = С2Н4 + 2Н2 – q4 (6)
причем по реакции (1) сжигается 11,6% метана, по реакции (2) - 42,4% и по реакции (3) - 46%. Исходные реагенты - метан и технический кислород, содержащий 1% азота, - поступают в печь, подогретые до 800 °С. Газы выходят из реакционной зоны на закалку с температурой 1500°С. Определить объем природного газа, необходимый для достижения температуры крекинга (1500°С), и составить тепловой баланс. Тепловой эффект реакции (кДж/кмоль): q1 = 890310; q2 = 687 000; q3 = 35 650- q4 = 285 840; q5 = 376 450; q6 = 201 980. Молекулярная масса: С2Н2 - 26.
Задача ОХТ 65. Составить тепловой баланс реактора окисления метанола в формальдегид во взвешенном слое катализатора и определить поверхности охлаждения: а) змеевикового холодильника, отводящего теплоту из слоя катализатора; б) холодильника для «закалки» газов продуктов реакции. Расчеты вести по данным материального баланса и следующим дополнительным данным. Температура (°С): в реакторе (кипящем слое) 600; спирто-воздушной смеси на входе в реактор 70; газов после закалки 200; воды в холодильниках - на входе 20, на выходе 50. Коэффициент теплопередачи [Вт/(м2-°С) ]: от охлаждающей воды к кипящему слою 380; между взвешенным слоем инертного материала и поверхностью холодильника 290. Теплопотери реактора 5% от суммы прихода теплоты.
Расчеты кинетических параметров. Определение оптимальной температуры
Задача ОХТ 66. При 400 °С скорость химической реакции в 10 раз меньше, чем при 450°С. Какова энергия активации процесса, если движущая сила не изменилась с изменением температуры?
Задача ОХТ 67 [2, с. 213]. Пероксид водорода, начальная концентрация которого 25,4 моль/л, каталитически разлагается. Через 10 мин в растворе остается 13,4 моль/л Н2О2, через 20 мин - 7,08 моль/л, а через 30 мин - 3,81 моль/л. Определить порядок реакции и подсчитать константу скорости реакции.
Задача ОХТ 68. Превращение пероксида бензола в диэтиловый эфир (реакция первого порядка) при 60°С прошло за 10 мин на 75,2%. Вычислить константу скорости реакции.
Задача ОХТ 69. Найдено, что при взаимодействии 0,5638 моль гидроксида натрия с 0,3114 моль уксусноэтилового эфира количества Nт этих веществ в реакционной смеси изме¬няются следующим образом:
Задача ОХТ 70. Определить энергию активации окисления SО2 до SО3 на ванадиевом катализаторе, если константа скорости процесса равна 6,3 с-1 при 455 °С, 12 1/с при 470°С и 26,2 1/с при 490 °С.
Задача ОХТ 71. Рассчитать константу скорости реакции окисления! диоксида серы на железооксидном катализаторе для 680 °С, если скорость реакции описывается упрощенным уравнением:
dx/dт = k(xp-x)/(a*x)^(0,5)
Равновесная степень превращения хр при 680 °С равна 0,58, гаа содержит 7% SО2, остальное - воздух. По практическим данным известно, что продолжительности процесса 0,06;. 0,1; 0,19 с соответствует степень превращения (х) 0,22; 0,3; 0,38.
Задача ОХТ 72. По найденному значению константы скорости реакции при 680°С (см. Задача ОХТ 6) найти константу скорости реакции при 650°С, если энергия активации реакции окисления SO2 до SО3 на железооксидном катализаторе равна 184000 кДж/кмоль.
Задача ОХТ 73. Вещества А и В вступают между собой в химическое взаимодействие. Определить порядок реакции по веществу А, зная, что за 0; 10 и 30 мин прореагировало соответственно 19,8; 46,7 и 74,0% вещества А.
Задача ОХТ 74. Определить константу скорости реакции синтеза оксида азота (II) из воздуха при 2000 К, зная зависимость содержания NО в газе СNO от времени пребывания т в высокотемпературном реакторе:
т, с 0,035 0,12 0,25 0,425 0,61
CNO (NNO). % (об.) 0,2 0,35 0,5 0,64 0,7
Константу скорости обратной реакции можно определить по формуле: lgkобр = -10,9 + 0,0054 Т.
Задача ОХТ 75. Газовая смесь синтеза аммиака состоит из азота и водорода. Найти отношение Н2 к N2, при котором скорость реакции 3Н2 + N2 = 2NН3 будет максимальной.
Задача ОХТ 76. Рассчитать оптимальную температурную кривую по высоте колонны синтеза метанола из оксида углерода (II) и водорода. Увеличение выхода х метанола составляет от 1 до 5%. Синтез метанола проводится под давлением 30,3 МПа при стехиометрическом отношении компонентов СО: Н2, равном 1:2, по реакции: СО + 2Н2 = СН3ОН. Энергии активации прямой и обратной реакции соответственно 109000 и 155000 кДж/кмоль. Принимаем, что лимитирующей стадией синтеза метанола является адсорбция водорода на поверхности твердого катализатора (см. гл. VI). Инертные газы составляют 13% (об.).
Cтраница 1 из 2
