Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
413
Добавлен:
07.01.2014
Размер:
130.05 Кб
Скачать

I. Основные технологические показатели химического производства

1-1. Химический состав оконного (силикатного) стекла выражается формулой Na2OCaO6SiO2; составные части стекла образуются из следующих продуктов: Na2O - из соды; CaO - из известняка; SiO2 - из песка. Рассчитать теоретические коэффициенты по сырью при производстве стекла, если сода содержит 93,8 % Na2CO3, известняк содержит 90,5 % СаСО3 и песок 99,0 % SiO2.

1-2. Сколько потребуется сульфата железа FeSO47H2O и хромового ангидрида CrO3 для получения 1 т железохромового катализатора конверсии окиси углерода, имеющего состав: Fe2O3 - 90 %; Cr2O3 - 10 %.

1-3. Негашеная известь содержит 94 % CaO, 12 % CO2 и 4.8 % примесей. Получается она обжигом известняка, содержащего 89 % СаСО3. СО2 в негашеной извести получается из-за наличия в ней карбонатов СаСО3, количество которых определяет степень обжига известняка. Определить расходный коэффициент известняка на 1 т извести указанного состава и степень обжига известняка.

1-4. Рассчитать расход колчедана, содержащего 40 % S на 1 т H2SO4, если потери S и сернистого ангидрида в производстве серной кислоты составляют 3%, а степень абсорбции - 99%.

1-5. Рассчитать зависимость содержания кислорода в газах обжига от концентрации SO2 при воздушном дутье:

а) для обжига колчедана (FeS2);

б) для обжига серы;

в) для обжига сернистого цинка (ZnS)

1-6. Рассчитать расходный коэффициент технического ацетальдегида, содержащего 98% ацетальдегида, для получения 1 тонны уксусной кислоты в процессе его окисления по реакции

CH3CHO + 0,5 O2  CH3COOH,

если выход кислоты по альдегиду составляет 89,3%.

1-7. Рассчитать расходные коэффициенты по сырью в производстве 1 тонны фосфата аммония (NH4)3PO4. Фосфорная кислота имеет концентрацию 58% , а аммиак содержит 2% влаги.

1-8. Рассчитать теоретический и практический коэффициенты 97% изопентана в производстве 1 тонны изопрена. Процесс каталитического дегидрирования изопентана осуществляется по реакциям:

С5Н12 ↔ С5Н10 + Н2

С5Н10 ↔ С5Н10 + Н2

Выход изоамилена составляет 73%, а изопрена - 65% от теоретического

1-9. Рассчитать основные технологические показатели производства малеинового ангидрида воздушным окислением бензола:

- теоретические и фактические расходные коэффициенты;

- выходы продуктов на подаваемый и превращенный бензол;

общую и избирательную конверсии бензола.

Химическая схема процесса.

СН─СО

C6Н6 + 4,5 О2 = O + 2Н2О + 2СО2

СН─СО

СН─СО СН─СООН

|| O + Н2О = ||

СН─СО СН─СООН

Материальный баланс производства малеинового ангидрида

Приход

Расход

Компоненты

Кг/час

Компоненты

кг/час

1

Бензол

2941,17

1

Малеиновый ангидрид

3404,15

2

Воздух

в том числе:

азот

кислород

31070,88

23831,06

7239,82

2

Малеиновая кислота

125,97

3

Бензол

117,63

4

Вода

1283,63

5

Выхлопные газы

в том числе:

азот

кислород

углекислый газ

23831,06

2027,12

3185,54

6

Потери ангидрида

36,95

Итого

34012,05

Итого

34012,05


1-10. Рассчитать расходные коэффициенты по бензолу и пропан-пропиленовой фракции газов крекинга, содержащих 30% об. пропилена и 70% об. пропана для производства фенола. Получение фенола из бензола и пропилена состоит из трех стадий:

C6H6 + СН2=СН-СН3 → С6Н5-СН(СН3)2

С6Н5-СН(СН3)2 + О2 → С6Н5-СН(СН3)2ООН

С6Н5-СН(СН3)2ООН → С6Н5ОН + (СН3)СО

Выход изопропилбензола из бензола составляет 90%, а выход фенола из изопропилбензола – 93%.

Молекулярные массы: бензола – 78, пропилена – 42, фенола – 94.

1-11. Рассчитать расходные коэффициенты в производстве технического карбида кальция СаО + 3С = СаО2 + СО. Технический карбид кальция имеет следующий состав: CaC2 - 78% , CaO – 15%, C – 3 %, прочие примеси – 4%. Известь содержит 96,5% СаО.

Содержание в коксе золы - 4% , летучих – 4%, влаги – 3%.

Молекулярные массы: CaC2 – 64, CаО – 56.

1-12. Рассчитать основные технологические показатели производства бензола методом парофазовой дегидрогенизации циклогексана:

- теоретические и фактические расходные коэффициенты;

- выходы продуктов на подаваемый и превращенный циклогексан;

- общую и избирательную конверсии циклогексана.

Химическая схема процесса.

С6Н12 ↔ С6Н6 + 3Н2

С6Н12 ↔ СН3С5Н9

Материальный баланс производства малеинового ангидрида.

Приход

Расход

Реагенты

т/сутки

Продукты

т/сутки

Циклогексан

503,16

Бензол

150

Циклогексан

32,113

Водород

11,538

Метилциклопентан

294,856

Потери

14,653

Итого

503,16

Итого

503,16

1.1. Аккумуляторную кислоту (концентрация 92,5% по Н2SO4) нужно раз­бавить водой до концентрации 38% H2SO4. Сколько нужно взять воды для получения 180 кг разбавленной кислоты?

1.2. Сколько нужно взять купоросного масла (96% Н2SO4) и серной ки­слоты с концентрацией 83%, чтобы получить 2800 кг 94%-й H2SO4?

1.3. Сколько нужно взять растворов поваренной соли с концентрацией 310 г/л и 230 г/л, чтобы получить 250 л раствора с концентрацией 280 г/л?

1.4. Азотную кислоту с концентрацией 58% нужно разбавить водой до концентрации 46%. Сколько нужно взять воды, чтобы получить 2 т разбавленной кислоты?

1.5. Влажность 150 кг каменного угля при хранении на складе изменилась: а) с 8,4 до 3,9%; б) с 0,2 до 4%. Как при этом изменилась масса угля?

1.6. Влажность 200 кг серного колчедана при хранении на воздухе измени­лась с 3 до 6 мас.%. Как при этом изменилась масса колчедана?

1.7. Влажность 300 кг извести при хранении на воздухе изменилась с 2 до 5 мас.%. Как при этом изменилась масса извести?

1.8. Определить расход бурого угля (70 мас.% С), водяного пара и воздуха для получения 1000 м3 генераторного газа состава (об.%): СО  40, Н2  18, N2  42. Процесс газификации твердого топлива содержит две основные ре­акции:

С + Н2О = СО + Н2 и 2С + О2 = 2СО.

1.9. Определить расходные коэффициенты в производстве технического карбида кальция, содержащего (мас. %): СаС2  85, СаО  5, С  3, примеси  остальное. Известь содержит 96,5% СаО, примеси  остальное. Содержание в коксе (мас.%): золы  4, летучих  4, влаги – 3, остальное –углерод. Расчет вести на 1 т продукта. Реакция:

СаО + 3С = СаС2 + СО.

1.10. Рассчитать расходные коэффициенты при производстве 1 т фосфора путём разложения фосфоритного концентрата. Процесс описывается уравнением:

Са3(РО4)2 + 5С + 3SiO2 = 3CaOSiO2 + 2P + 5CO

Содержание Р2О5 в концентрате 25 мас.%, кокс содержит 94,5 мас.% углерода, степень превращения фосфора 0,85.

1.11. Рассчитать необходимый объем 68%-й H2SO4 для разложения 100 г апатитового концентрата, содержащего 39% Р2О5. Плотность H2SO4 (68%) 1,59 г/см3.

2Са5F(PO4)3 + 7H2SO4 = 3Ca(H2PO4)2 + 7CaSO4 + 2HF

1.12. Рассчитать состав шихты в производстве глинозёма из боксита, соды и известняка методом спекания. Исходный боксит содержит (мас.%): Al2О3 – 50; SiO2 – 10; Fe2O3 – 20. Мольное отношение компонентов (модуль) в спеке: М1 =; M2 = . Известняк содержит 90 мас.% СаСО3, техническая сода – 96 мас.% Na23. Расчет вести на 1 т боксита.

1.13. Определить расходный коэффициент по техническому карбиду кальция в производстве aцетилена. Содержание СаС2 в техническом продукте 83%, степень превращения СаС2 в производстве равна 0,88.

1.14. Составить материальный баланс процесса газификации 1 т кокса, идущего по реакциям:

C + H2O = CO + H2 – 131 кДж

CO + H2O = CO + H2+ 42 кДж.

Содержание в коксе зольных примесей 3 мас.%, массовое соотношение пар: кокс = 1,5, степень превращения углерода в коксе 0,98, выход оксида углерода 0,90. Найти общее количество подведённого тепла.

1.15. Составить материальный баланс и рассчитать выход SO2 при обжиге 1 т руды, содержащей 22 мас.% серы в виде сульфида цинка (остальное  несгораемые примеси), при подаче полуторократного избытке воздуха по отношению к стехиометрии реакции:

2ZnS + 3O2 =2ZnO + 2SO2

Содержание серы в огарке 0,5 мас.%.

1.16. При обжиге известняка образуется твёрдый продукт состава:

СаО СО2 Балласт

Вариант 1 92 2,4 остальное

Вариант 2 94 1,2 остальное

В исходном сырье содержится СаСО3 91 мас.% (вариант 1) и 89 мас.% (вариант 2). Определить расход известняка на 1 т целевого продукта в виде СаО и степень превращения СаСО3.

1.17. Обжиговый газ состава: SO2  8 об.% О2  12 об.%, остальное азот, подвергнут окислению на катализаторе. Степень превращения SO2  88. Рассчитать процентный состав газа после окисления.

1.18. Воздух, подводимый к доменной печи, содержит (об.%): O2  21,1; N2  77,2; водяных паров  1,6. Сколько потребуется добавить к воздуху кислорода, чтобы его концентрация стала равной 25 об.%?

1.19. Газовая смесь содержит в мол.% (мас.%): Н2  27,3 (44,9); О2  49,9 (25,4); СО2  5,3 (21,9); N2  17,5 (7,8). Количество смеси  350 кмоль (2750 кг). Рассчитать конечный состав смеси в мас.% (об.%), если удалено СО2  320 кг (146 м3), О2  2900 м3 (280 м3) и добавлено метана 37 кг (25 кмоль).

1.20. Рассчитать конечный состав газовой смеси, если её исходный состав в мас.% (об.%): СН4  16,5 (20,7); С2Н6  9,7 (22,9); О2  44,9 (18,6); N2  28,9 (37,8). Количество смеси  1000 кг (1000 м3). Каков конечный состав смеси в об.% (мас.%), если удалено: СН4  105 кг (150 м3); О2  300 м3 (150 кг); добавлено водяного пара  200 м3 (100 кг)?

1.21. Определить соотношение между Н2 и N2 в азотоводородной смеси на входе в реактор синтеза аммиака, если в газе на выходе из реактора содержится (об.%): NH3  17, N2  11, Н2  72.

1.22. Определить производительность колонны синтеза аммиака объёмом 4 м3, если объёмная скорость газа составляет 30000 ч1. Равновесная степень превращения реагентов, взятых в стехиометрическом соотношении  0,26, а выход аммиака  0,78.

1.23. В реакторе протекают реакции:

А + 2В = R, R + В = S, А + В = 2Т

Начальные концентрации (кмоль/м3): САо= 2; СВо= 2,3; СRо= СSо= СTо= 0, объемный расход смеси составляет 0,05 м3/с. Концентрации на выходе из реактора (кмоль/м3): СТ= 0,2; СS= 0,4; СА= 1,4. Определить степени превращения вещества В по всем трем реакциям и производительность по продукту R.

1.24. В реакторе протекают реакции:

А + В = R, А + А = S, 2S + В = Т + 2D, R + А = Т

Определить производительность реактора по веществам R и S при следующих условиях: САо=2; СВо=1,7; СRо= СSо= СTо= СDо= 0; СА=0,1; СВ=0,5;

СТ=0,15; СD=0,05 кмоль/м3; объемный расход реакционной смеси 0,01 м3/с.

1.25. В реакторе протекают реакции:

А + 2В = R, R + B = S, 3B = 2T, 2A + B = S + D

Концентрации (кмоль/м3): САо = 1; С= С = С= С = 0; СА = 0,44; СR = 0,05; СS = 0,33; СТ = 0,14. Скорость подачи исходных веществ 0,005 м3/ч. Определить производительность по исходному веществу В и по продукту D.

1.26. В реакторе в адиабатических условиях протекают реакции:

А + В = R + D, 2В = Р, 2R = S

Начальные концентрации реагентов (кмоль/м3): САо = 0,1; СВо = 0,3; СRо = СDо = СPо= СSо = 0. Концентрации веществ на выходе из реактора (кмоль/м3): Ср = 0,028; СS = 0,012; СD = 0,034. Тепловые эффекты реакций (Дж/моль): Qр1= 1,1.105; Qр2= 8,8. 104 и Qр3= 4,7.104. Плотность реакционной смеси 860 кг/м3, ее теплоемкость 2,85·103 Дж/(кг·град). Объемный расход смеси 0,026 м3/с. Определить производительность реактора по продукту R и температуру на выходе из реактора, если начальная температура 12оС.

1.27. В реакторе в адиабатических условиях протекают реакции:

2А + В = R, R + 2В = S, 3В = 2Т

Начальные концентрации реагентов (кмоль/м3): СRо = СSо = СТо = 0; САо = 0,1; СВо = 0,2. Выходные концентрации (кмоль/м3): СВ = 0,016; СS = 0,011; СT = 0,03. Тепловые эффекты реакций (кДж/моль): Qр1= 120; Qр2= 68 и Qр3= 47. Плотность реакционной смеси 850 кг/м3; теплоемкость смеси ср = 2,4103 Дж/(кгград), объемный расход Vо = 0,034 м3/с. Найти производительность реактора по продукту R и температуру на выходе из реактора, если Твх = 298 К.

1.28. Взаимодействие ацетилена с формальдегидом дает промежуточный продукт  пропаргиловый спирт, а затем бутиндиол-1,4 по схеме:

С2Н2 + СН2О  С3Н4О + СН2О  С4Н6О2

Степень превращения по ацетилену составляет 0,98. Селективность по пропаргиловому спирту 0,66. Рассчитать необходимое количество аце-тилена и формальдегида для получения 350 кг/ч пропаргилового спирта.

1.29. Для реакции, протекающей в жидкой фазе

А + 2В = 2R,

определить степень превращения xВ и состав реакционной смеси (СА, СВ, СR) при xА = 0,45 и: а) САо = 1, СВо = 2; б) САо = 1, СВо = 1 кмоль/м3.

1.30. Определить состав реакционной смеси в конце процесса для реакции

А+3В = 2R,

протекающей в жидкой фазе, если xА = 0,2; xВ = 0,2; CВо = 5 кмоль/м3.

1.31. В газовой фазе протекает реакция без изменения объема

А = 3R

Определить состав реакционной смеси на выходе из реактора, если CАо = 1 кмоль/м3, xА = 0,5.

1.32. В газовой фазе при постоянном давлении протекает реакция

А + В = 3R

Определить состав реакционной смеси в мольных долях, если NАо = NВо = 1 кмоль, xА = 0,9.

1.33. Дана реакция:

2A + 3B = R

С целью более полного использования вещества А в реактор подается 2 кратный избыток В по сравнению со стехиометрией реакции. Определить xВ, если xА = 0,9.

1.34. Для проведения реакции дегидратации этилового спирта

2Н5ОН = (С2Н5)2О + Н2О

взято исходное количество спирта, равное 24 моль, получено 8 моль эфира. Рассчитать состав полученной реакционной смеси, степень превращения реагента и выход продукта.

1.35. Протекают две параллельные реакции:

2А = R и A = 3S

Определить выход продукта R, степень превращения реагента А и селективность, если на выходе из реактора известны количества молей веществ: NA = 2; NR= 3; NS = 3.

1.36. Протекают последовательные реакции:

А = 2R и R = S

Определить степень превращения, выход и селективность по продукту R, если известен конечный состав реакционной смеси (кмоль/м3): СА = 1; СR = 2; СS = 2.

1.37. Протекают две параллельные реакции:

2А = R и А = 3S

Определить выход продукта R, степень превращения реагента А и интегральную селективность, если на выходе из реактора концентрации (кмоль/м3): СА= 2; СR = 3; СS= 3,5.

1.38. Окисление аммиака воздухом до оксида азота как целевого продукта сопровождается протеканием ряда побочных реакций. Общее превращение аммиака можно представить в виде схемы, состоящей из 4 реакций:

1 NO

NH3 4 2

3 N2

Селективность по NO равна 0,92, степень окисления аммиака 0,98. Определить, сколько дополнительно образуется азота, если на процесс поступает аммиачно-воздушная смесь в количестве 1 т при концентрации аммиака 9 об.%.

1.39. Определить степень превращения соды и выход продукта при получении 10 т 40%-го раствора NaОН известковым способом:

Na2CO3 + СаО +Н2О = 2NаОН + СаСО3

2NаНСО3 = Nа2СО3 + СО2 + Н2О,

если для производства взято 5,75 т содового сырья, содержащего 95% Nа2СО3 и 4% NаНСО3.

1.40. Для двух параллельных жидкофазных реакций 1-го порядка

А = R и А = S

определить интегральную селективность и выходы по продуктам R и S, если начальная концентрация реагента А равна 1,42 кмоль/м3, общая степень превращения  0,89, а концентрация продукта R  0,438 кмоль/м3.

1.41. Для двух последовательных реакций А  R  S определить интегральную селективность по продукту R, выход этого продукта и общую степень превращения реагента А, если после окончания реакции концентрации веществ в смеси составили (кмоль/м3): CА= 0,217; CR= 0,569; CS= 0,241.

1.42. При проведении двух последовательных реакций первого порядка гидратации ацетилена и дегидратации ацетальдегида:

С2Н2 + Н2О  СН3СНО

2СН3-СНО  СН3-СН=СН-СНО + Н2О

из 1 моль ацетилена и 10 моль водяного пара получено 0,4 моль ацетальдегида и 0,025 моль кротонового альдегида. Рассчитать общую и частные степени превращения (по каждой реакции) ацетилена, состав полученной реакционной смеси, интегральную селективность по ацетальдегиду и выход ацетальдегида.

1.43. При проведении последовательной реакции дегидрирования

С4Н10  С4Н8  С4Н6

частные степени превращения бутана в бутилен и бутадиен составляют соответственно 0,38 и 0,04. Рассчитать состав полученной реакционной смеси, общую степень превращения бутана, интегральную селективность и выход по бутилену, если исходное количество бутана 21 моль.

1.44. 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%, фенола из изопропилбензола через стадию окисления изопропилбензола в гидропероксид  93%. Молекулярные массы: бензола  78, пропилена  42, пропана  44, фенола  94. Получение фенола состоит из трех стадий:

С6Н6 + CH2CHCH3  C6H5CH(CH3)2

C6H5C(CH3)2OOH  C6H5OH + C(CH3)2O

1.45. Рассчитать расход аммиака и воздуха на 1 т моногидрата HNO3, если степень окисления NH3 в NO равна 0,96, степень абсорбции оксидов азота  0,98. Расход воздуха учитывать только в реакциях окисления NH3 и NO. Брутто-реакция:

NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O.

1.46. Рассчитать расход аммиака и воздуха на 1 т 50%-й азотной кислоты при степени окисления аммиака 0,95 и степени абсорбции оксидов азота 0,96. При расчёте расхода воздуха учитывать только стехиометрию реакций:

NH3  NO  NO2  HNO3.

1.47. Рассчитать количество и состав газа, получаемого при окислении 900 м3 аммиачно-воздушной смеси, содержащей 6 мас.% аммиака в воздухе. Степень окисления аммиака равна 0,97, выход оксида азота равен 95%. Считать, что аммиак окисляется до оксида азота и до азота.

1.48. Нагрузка на реактор синтеза аммиака составляет 2000 м3/ч азотоводородной смеси стехиометрического состава, находящейся под давлением 2,5 МПа и при температуре 700 К. Содержание аммиака в газе на выходе из реактора составляет 20 об.%, тепловой эффект реакции 112 кДж/моль. Рассчитать состав газовой смеси на выходе из реактора и количество выделенного тепла.

1.49. Определить количество аммиака, требуемое для производства 100 т/год азотной кислоты, и расход воздуха на окисление аммиака, если цех работает 355 дней в году, выход оксида азота 0,97, степень абсорбции оксидов азота 0,92, содержание аммиака в сухой аммиачно-воздушной смеси 9,5 об.%

1.50. Газификация кокса, содержащего (мас.%): С  96,5; H2O  3,5, с водяным паром осуществляется по реакциям:

С + Н2 O = СО + Н2

СО + Н2О = СО2 + Н2

Степень превращения углерода равна 0,93, селективность процесса по СО  0,88. Рассчитать состав полученного газа и составить материальный баланс процесса газификации 1 т кокса указанного состава. Водяной пар поступает в двукратном избытке по отношению к стехиометрии реакции.

1.51. Составить материальный баланс процесса газификации 1 т кокса, идущего по реакциям:

C + H2O = CO + H2 – 131 кДж

CO + H2O = CO2 + H2+ 42 кДж.

Содержание в коксе зольных примесей 4 мас.%, массовое соотношение пар:кокс = 1,8:1, степень превращения углерода в коксе – 0,90, выход оксида углерода – 0,85. Найти общее количество подведённого тепла.

1.52. Конверсия метана водяным паром до оксида углерода и водорода сопровождается поглощением 200 кДж тепла. В реактор поступает реакционная смесь в мольном соотношении «пар:метан», равном 3:1. Определить степени превращения метана и водяного пара, общее количество поглощенного тепла при переработке 10 м3/с исходной смеси, если содержание оксида углерода на выходе из реактора 10 об.%.

1.53. Составить тепловой баланс реактора для получения водорода каталитической конверсией метана по реакции

СH4 + H2O = CO + 3H2 – 206 кДж

Степень превращения метана равна 0,92, объемное отношение СH4:H2O в исходной парогазовой смеси составляет 2,8:1. Температура в зоне реакции 980оС, температура поступающих в реактор реагентов 130оС, потери тепла в окружающую среду составляют 5% от прихода тепла. Расчет вести на 1000 м3 водорода. Теплоемкости газов, кДж/(кмоль. град):

СH4 H2O CO H2

36,8 36,0 30,5 29,5

1.54. Составить материальный баланс процесса паровой конверсии метана

СH4 + H2O = CO + 3H2,

если степень превращения СH4 равна 0,95, мольное отношение H2O:СH4 = 3:1. Расчёт вести на 1000 м3 исходной парогазовой смеси.

1.55. Определить расход воздуха для дожигания 100 м3 отходящих газов состава (об.%):

СО СО2 О2 N2 Коэффициент Степень

избытка воздуха конверсии СО

Вариант 1 5,2 11,3 1,5 ост. 1,2 0,95

Вариант 2 7,2 10,1 1,5 ост. 1,3 0,90

Рассчитать состав газовой смеси после реакции:

2СО + О2 = 2СО2.

1.56. Определить расход сухого воздуха, количество и состав обжигового газа, количество и состав огарка при обжиге 1 т/ч флотационного колчедана, содержащего 38 мас.% серы. В колчедане выгорает 96% серы. Коэффициент избытка воздуха составляет 1,4 по отношению к стехиометрии реакции.

1.57. Рассчитать выход SO2 и определить количество выделенного тепла при обжиге 1000 кг серного колчедана, содержащего 41 мас.% серы при влажности 7,4 мас.%. Содержание серы в огарке 0,5 мас.%. Реакция:

4FeS2 +11O2 =2Fe2O3 +8 SO2+ 3415 кДж

1.58. Рассчитать количество тепла, выделяемое при переработке 1000 м3 сернистого газа состава: 10 об.% SO2 в воздухе и составить материальный баланс реактора окисления SO2 в SO3 Степень превращения SO2 равна 90%. Каким будет при этом состав смеси на выходе из реактора (в об.%). Реакция:

SO2 + О,5О2 = SO3+ 92000 Дж.

Соседние файлы в папке Экзамен - Задачи - 2000