Zadachi_OKhT_Min_ekzamen_TOV_2012_9-01-12

Рассчитать материальный и тепловой балансы процесса нейтрализации азотной кислоты аммиаком в производстве аммиачной селитры на 1 т NH₄NO₃. Исходные данные: концентрация азотной кислоты – 47%, аммиака – 100%, концентрация получаемого раствора NH₄NO₃ – 75%. Температура азотной кислоты – 50ºС, аммиака – 20ºС, раствора селитры - 95 ºС. Потери аммиака – 1%, азотной кислоты – 0,5%. Удельная теплоемкость растворов кислоты и селитры составляет 2,75 кДж/(кг  К).

3	Рассчитать повышение температуры при окислении SO2 (x = 30 %) при 420 °С для газовой смеси состава (% (об.)): SO2 – 7; O2 – 12 и N2 - 81. Теплоемкость кДж/(м^3*°С): SO2 – 2,082; SO3 – 2,26; O2 – 1,402, N2 - 1,343. Расчет вести на 1 м^3 газа. Определить состав газовой смеси на выходе (% об.) SO2 + 0,5O2 = SO3 + 94,207 кДж.
4	При обжиге шихты, содержащей 10т известняка (состав – 93% CaCO3; 7% примесей) и кокс, определить: 1) расход кокса состава (% (масс.)): С – 92; золы -6; влаги – 2; 2) состав обжиговых газов в процентах (по объему); 3) тепловой эффект реакции обжига. Степень превращения при обжиге известняка 95%. Воздух подается с избытком  =1,4. Теплоты образования кДж/кмоль: CaCO3 – (-1 206); CaO – (-635,1); CO2 – (-393,51). Теплотворная способность чистого углерода 393,5 кДж/моль.
6	Рассчитать расход природного газа (м^3), для производства глинозема (Al2O3). Потери теплоты в окружающую среду составляют 5% от общего расхода. Температура в зоне реакции 1200 °С. Температура реагентов, поступающих в печь 25 °С. 2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O Теплотворная способность газа 33 950 кДж/м^3. Теплота образования (кДж/моль): Al(OH)3 - (-1243); Al2O3 – (-1676,0); H2O – (-241,84). Теплоемкость (кДж/(кг*°С)): Al(OH)3 при 20 °С – 0,879; Al2O3 и H2O при 1200 °С - 1,327 и 2,12 соответственно. Молекулярная масса: Al(OH)3 – 78; Al2O3 – 102; H2O – 18.
26	Рассчитать количество теплоты, уносимое колчеданным огарком из печи, в которой сжигается 8 т колчедана в час, если выход огарка 750 кг на 1 т колчедана, причем огарок содержит 68% Fe2O3 и 32% SiO. 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 + 3413,2 кДж, Температура колчедана и воздуха – 20 С, огарка – 750 С; обжигового газа - 840С. Теплоемкость колчедана 0,515 кДж/(кг*К), воздуха – 1,3 кДж/(м^3*К), огарка – 0,84 кДж/(кг*К), обжигового газа – 1,43 кДж/( м^3*К). Теплопотери печи – 3% от прихода теплоты.

25

Составить материальный и тепловой баланс и вычислить температуру продуктов сгорания аммиачно-воздушной смеси, если температура исходной смеси 810 К: 4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O; H_T =  904 кДжмоль.

Степень окисления 72,5, %

Состав аммиачно-воздушной смеси:	об. доля, %
NH3 O2 N2	8,0 18,0 74,0

Средние теплоемкости веществ, кДж(м³   град)

Т, К	NH3	O2	N2	NO	H2O
800–850 Т – ?	2,703 2,970	1,145 1,491	1,352 1,394	3,03 3,15	2,50 2,75

13

Составить тепловой баланс генератора водяного газа при газификации 1т кокса, содержащего (% (об.)): C – 93, золы – 4 и H₂O – 3, - и подаче 1575 кг водяного пара на 1т кокса. Степень превращения углерода – 96 %. Степень превращения СО – 4 %. Рассчитать состав водяного газа.

Температура водяного газа на выходе из генератора 1000 °С, температура подаваемого кокса 25 °С и водяного пара 100 °С.

	Молекулярная масса	Теплота образования, кДж/моль (при 25 °С)	Теплоемкость, Дж/(моль*°С) (при указанной температуре)
С	12	-	8,53
Н2О	18	-241,84	33,2
СО	28	-110,5	31,7
Н2	2	-	29,8
СО2	44	-395,51	49,3

Процесс с газификации протекает по реакциям:

С + Н₂О = СО + Н₂ – q

СО + Н₂О = СО₂ + Н₂ +q

7

Какое количество теплоты выделиться при хлорировании 1 т бензола, если конечная смесь в жидкой фазе содержит 39% хлорбензола, 1% дихлорбензола, 60% бензола? Образующийся хлороводород представляет собой газовую фазу.

Определите селективность процесса.

Теплоты образования (кДж/моль): C₆H₆ - (-49,063); C₆H₅Cl – (-52,17); C₆H₄Cl₂ - (-53,05); HCl – (-92,36).

Молекулярная масса: C₆H₆ – 78; C₆H₅Cl – 122,5; C₆H₄Cl₂ – 146.

Хлорирование идет по реакциям:

C₆H₆ + Cl₂ = C₆H₅Cl + HCl;

C₆H₆ + 2Сl₂ = C₆H₄Cl₂ + 2HCl

8

Какое количество теплоты выделиться при хлорировании 10 т бензола, если конечная смесь в жидкой фазе содержит 27% хлорбензола, 8% дихлорбензола, 65% бензола? Образующийся хлороводород представляет собой газовую фазу.

Определите селективность процесса.

Теплоты образования (кДж/моль): C₆H₆ - (-49,063); C₆H₅Cl – (-52,17); C₆H₄Cl₂ - (-53,05); HCl – (-92,36).

Молекулярная масса: C₆H₆ – 78; C₆H₅Cl – 122,5; C₆H₄Cl₂ – 146.

Хлорирование идет по реакциям:

C₆H₆ + Cl₂ = C₆H₅Cl + HCl;

C₆H₆ + 2Сl₂ = C₆H₄Cl₂ + 2HCl

4. Определить, какую температуру теоретически можно получить в реакционной зоне шахтной печи для обжига известняка при избытке воздуха

 = 2 от требуемого по стехиометрическому количеству, считая, что в исходной шихте находиться чистый углерод. При расчете не учитывать тепловые эффекты идущих в печи реакций и теплопотери.

Теплотвотворная способность углерода 32 784 кДж/кг. Теплоемкость воздуха в пределах 0-900 °С 1,038 кДж/ (кг*°С).

СаCО₃= СаО + CO₂

ΔH_{реакции} = 177,39 кДж/моль

Продукты сгорания в начале дымохода имеют температуру 1200 С, а в конце 900 С. Считая состав дымовых газов (в об. %) 11 CO₂; 12 H₂O; 77 N₂, а состав наружного воздуха 21% O₂ и 78% N₂ , и принимая, что подсос воздуха составляет 10% от объема дымовых газов, а температура наружного воздуха 20 С рассчитать долю теплоты дымовых газов, теряемую через стенку дымохода.

При получении олеума содержащий SO₃ газ с температурой 313 К орошается 20 %-ным олеумом с температурой 313 К.

Производительность аппарата по газу 1500 кгч

Состав газа: мас. доля, %

SO3	17,0
O2	14,0
N2	69

Определите количество подаваемого на орошение олеума при степени абсорбции SO₃ 40 %, если теплота конденсации газообразного SO₃ – 481,85 кДжкг SO₃, теплота растворения жидкого SO₃ в 20 %-ном олеуме – 23,25 кДжмоль SO₃, температура уходящего газа – 323 К, температура олеума на выходе – 328 К. Средняя теплоемкость олеума – 1,344 кДж(м³град), газа – 1,42 кДж(м³град), или 2,04 кДж(кгград). Потерями теплоты пренебречь.

При получении олеума содержащий SO₃ газ с температурой 313 К орошается 20 %-ным олеумом с температурой 313 К.

Производительность аппарата по газу 2500 м³ч

Состав газа: об. доля, %

SO3	7,5
O2	9,5
N2	83

Определите количество подаваемого на орошение олеума при степени абсорбции SO₃ 35 %, если теплота конденсации газообразного SO₃ – 481,85 кДжкг SO₃, теплота растворения жидкого SO₃ в 20 %-ном олеуме – 23,25 кДжмоль SO₃, температура уходящего газа – 323 К, температура олеума на выходе – 328 К. Средняя теплоемкость олеума – 1,344 кДж(м³град), газа – 1,42 кДж(м³град), или 2,04 кДж(кгград). Потерями тепла пренебречь.

26. Определите количество теплоты, выделяющееся при обжиге 1 т колчедана, содержащего 38% серы, если степень выгорания серы 0,96. =-3413,2 кДж/моль.

	Рассчитать материальный и тепловой балансы реактора-нейтрализатора для получения аммиачной селитры производительностью 10 т NH4NO3 в час. В производстве применяется 55%-ная азотная кислота и 100%-ный газообразный аммиак. Потери азотной кислоты и аммиака в производстве составляют 0,08% от теоретически необходимого количества для обеспечения заданной производительности. Из реактора-нейтрализатора аммиачная селитра выходит в виде 77%-го раствора NH4NO3 в воде с температурой 95 °С. Определить количество воды, испарившейся в результате экзотермической реакции нейтрализации: HNO3 + NH3 = NH4NO3 + 145,91 кДж. Температура азотной кислоты – 50 ºС, аммиака – 20 ºС. Теплоемкости: аммиак – 32,5 Дж/(моль*К); растворы кислоты и селитры – 3,87 кДж/(кг*К). Теплосодержание водяного пара составляет 2340 кДж/кг.
	Рассчитать материальный и тепловой балансы конверсии оксида углерода водяным паром на 1000 м^3 сухого газа. CO + H2O ↔ CO2 + H2 + 41,7 кДж Исходные данные: состав сухого газа, %: СО2 – 15,0, СО – 3,6, Н2 – 60,6, N2 – 20,8; соотношение пар : газ – 0,5. Температура на входе в конвертор – 200ºС. Степень конверсии – 90%. Теплоемкость газовой смеси – 1,5 кДж/(м^3 ∙ ºС). Определить состав газовой смеси и температуру на выходе из конвертора.
	Рассчитать материальный и тепловой балансы конверсии оксида углерода водяным паром на 1000 м^3 сухого газа. CO + H2O ↔ CO2 + H2 + 41,7 кДж Исходные данные: состав сухого газа, %: СО2 – 13,0, СО – 5,5, Н2 – 60,5, N2 – 20,8; соотношение пар : газ – 0,5. Температура на входе в конвертор – 220ºС. Степень конверсии – 87%. Теплоемкость газовой смеси – 1,5 кДж/(м^3 ∙ ºС). Определить состав газовой смеси и температуру на выходе из конвертора.
	Составить материальный баланс производства серной кислоты из элементарной серы. Производительность установки по 94 % - ной кислоте – 900 т/сутки. Степень контактирования – 99,2%. Степень абсорбции триоксида серы – 98 %. Газ, поступающий на контактирование содержит 9,5 % об. SO2. Исходная сера примесей не имеет.
	Составить материальный баланс производства серной кислоты из сероводорода (85 об.% H2S, 15% об. N2). Производительность установки по 94 % - ной кислоте – 800 т/сутки. Степень контактирования – 98,2%. Степень абсорбции триоксида серы – 98 %. Газ, поступающий на контактирование содержит 11 % об. SO2
	Составить часовой материальный и тепловой балансы процесса сжигания серы в производстве серной кислоты. S + O2 = SO2 + 11325 кДж/кг Производительность установки по 94 % - ной кислоте – 700 т/сутки. Обжиговый газ, поступающий на контактирование содержит 10,5 % об. SO2 и имеет температуру 400 ºС. Степень превращения диоксида серы в серную кислоту – 97 %. Исходная сера примесей не имеет. Определить массу пара с энтальпией 3430 кДж/кг, образующегося при охлаждении обжигового газа. Температура воздуха – 25 С, серы – 140 С; Теплоемкость серы 2,54 кДж/(кг*К), воздуха – 1,3 кДж/(м^3*К), обжигового газа – 1,43 кДж/( м^3*К). Теплопотери печи – 2% от прихода теплоты.
	Составить часовой материальный и тепловой балансы процесса сжигания серы в производстве серной кислоты. S + O2 = SO2 + 11325 кДж/кг Производительность установки по 94 % - ной кислоте – 900 т/сутки. Обжиговый газ, поступающий на контактирование содержит 9,5 % об. SO2 и имеет температуру 410 ºС. Степень превращения диоксида серы в серную кислоту – 98 %. Исходная сера примесей не имеет. Определить массу пара с энтальпией 3430 кДж/кг, образующегося при охлаждении обжигового газа. Температура воздуха – 20 С, серы – 140 С; Теплоемкость серы 2,54 кДж/(кг*К), воздуха – 1,3 кДж/(м^3*К), обжигового газа – 1,43 кДж/( м^3*К). Теплопотери печи – 3% от прихода теплоты.

24

Составить материальный и тепловой баланс обжига колчедана.

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂ + 3413,2 кДж,

Производительность печи по колчедану – 200 т/сут. Массовая доля серы в колчедане 41 %; влаги – 3%.

Состав обжигового газа (об. %):

SO2	11,5
O2	7,5
N2	81

Температура колчедана и воздуха – 20 С, огарка – 750 С; обжигового газа - 840С. Теплоемкость колчедана 0,515 кДж/(кг*К), воздуха – 1,3 кДж/(м³*К), огарка – 0,84 кДж/(кг*К), обжигового газа – 1,43 кДж/( м³*К). Теплопотери печи – 3% от прихода теплоты.

26

Рассчитать количество теплоты, уносимое колчеданным огарком из печи, в которой сжигается 8 т колчедана в час, если выход огарка 750 кг на 1 т колчедана, причем огарок содержит 68% Fe2O3 и 32% SiO2.

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂ + 3413,2 кДж,

Температура колчедана и воздуха – 20 С, огарка – 750 С; обжигового газа - 840С. Теплоемкость колчедана 0,515 кДж/(кг*К), воздуха – 1,3 кДж/(м³*К), огарка – 0,84 кДж/(кг*К), обжигового газа – 1,43 кДж/( м³*К). Теплопотери печи – 3% от прихода теплоты.

4

При обжиге шихты, содержащей 10т известняка (состав – 93% CaCO₃; 7% примесей) и кокс, определить: 1) расход кокса состава (% (масс.)): С – 92; золы -6; влаги – 2; 2) состав обжиговых газов в процентах (по объему); 3) тепловой эффект реакции обжига. Степень превращения при обжиге известняка 95%. Воздух подается с избытком  =1,4.

Теплоты образования кДж/моль: CaCO₃ – (-1 206); CaO – (-635,1); CO₂ – (-393,51). Теплотворная способность чистого углерода 393,5 кДж/моль.

10

Подсчитать: а) объем сухого воздуха для полного сгорания газа полукоксования бурого угля, если коэффициент избытка воздуха  = 1,5;

б) состав продуктов сгорания;

в) теплотворную способность (кДж/м³) газа полукоксования. Состав газа (% (об.)): С₂H₄ -16; H₂ – 48; CО – 12; CO₂ – 19; N₂ – 5.

Теплоты сгорания компонентов газа (кДж/моль): C₂H₄ – 1 560,92; H₂ – 285,84; CO – 283,01.

Расчет вести на 1000 м³ газа.

Полукоксование – это метод переработки твердого топлива путем нагревания его без доступа воздуха до 500-600 °С с получением газа, служащего либо высокосортным топливом, обладающим высокой теплотворной способностью, либо сырьем для химических производств.

Реакции полного сгорания составных частей газа:

C₂H₄ + 3O₂ = 2CO₂ + 2H₂O

CO + 0,5O₂ = CO₂

H₂ + 0,5O₂ = H₂O

13

Составить тепловой баланс генератора водяного газа при газификации 1т кокса, содержащего (%): C – 93, золы – 4 и H₂O – 3, - и подаче 1575 кг водяного пара на 1т кокса. Степень превращения углерода – 96 %. Степень превращения СО – 4 %. Рассчитать состав водяного газа.

Температура водяного газа на выходе из генератора 1000 °С, температура подаваемого кокса 25 °С, водяного пара 100 °С, огарка - 1150 °С.

	Молекулярная масса	Теплота образования, кДж/моль (при 25 °С)	Теплоемкость, Дж/(моль*°С) (при указанной температуре)
С	12	-	8,53
Н2О	18	-241,84	33,2
СО	28	-110,5	31,7
Н2	2	-	29,8
СО2	44	-395,51	49,3

Средняя теплоемкость золы – 0,86 кДж/(кг*°С)

В генератор подается водяной пар, обладающий энтальпией 3400 кДж/кг.

Процесс с газификации протекает по реакциям:

С + Н₂О = СО + Н₂ – q

СО + Н₂О = СО2 + Н₂ +q

14

При получении олеума содержащий SO₃ газ с температурой 313 К орошается 20 %-ным олеумом с температурой 313 К.

Производительность аппарата по газу 1000 м³ч

Состав газа: об. доля, %

SO3	7,0
O2	14,0
N2	79

Определите количество подаваемого на орошение олеума при степени абсорбции SO₃ 30 %, если теплота конденсации газообразного SO₃ – 481,85 кДжкг SO₃, теплота растворения жидкого SO₃ в 20 %-ном олеуме – 23,25 кДжмоль SO₃, температура уходящего газа – 323 К, температура олеума на выходе – 328 К. Средняя теплоемкость олеума – 4,344 кДж(кгград), газа – 1,42 кДж(м3град), или 2,04 кДж(кгград). Потерями теплоты пренебречь.