5 Составить материальный баланс производства

Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет им.
С.Торайгырова
Биолого-химический факультет
Кафедра химических технологий
ОБЩАЯ ХИМИЧЕСКАЯ
ТЕХНОЛОГИЯ
Методические указания и контрольные задания для
студентов заочной формы обучения
Павлодар
УДК 66(07)
ББК 24.23
Я7
Рекомендовано Учёным советом ПГУ им. С. Торайгырова
Рецензент:
кандидат химических наук, доцент Мальков И.В.
Составители: М.Г. Баймухамбетова, Ю.Ф. Рыжак
Я 7 Общая химическая технология: методические указания и
контрольные задания для студентов заочной формы
обучения / составители М.Г. Баймухамбетова, Ю.Ф. Рыжак. –
Павлодар. – 2007. – 36 с.
В методических указаниях приводится основное содержание
программы по дисциплине «Общая химическая технология» и задания
для контрольной работы охватывающей весь курс, приведены
методики расчетов для выполнения контрольных работ, дан список
научной и справочной литературы необходимой для проведения
расчетов. Методические указания и контрольные задания
предназначены
для
студентов
заочной
формы
обучения
специальностей: 050720 – «Химическая технология неорганических
веществ», 050721 - «Химическая технология органических веществ»
Методические указания разработаны в соответствии с ГОСО
РК–3.08.095–2004, утвержденным Министерством образования и
науки
РК от 07.08.2004г
№671, ГОСО
РК-3.08.096-2004, утвержденным Министерством образования и
науки РК от 07.08.2004г №671.
УДК 66(07)
ББК 24.23
© Баймухамбетова М.Г., Рыжак Ю.Ф., 2007
© Павлодарский Государственный университет
им. С.Торайгырова, 2007
2
Введение
Современное химическое производство представляет собой
многотоннажное
специализированное
производство,
основой
которого является химическая технология.
В химической технологии рассматриваются процессы,
связанные с изменением химического состава перерабатываемых
материалов.
Химическая технология относится к естественным наукам, так
как имеет дело с объектами и процессами. Реальное химическое
производство представляет собой совокупность большого числа
взаимосвязанных технологических
процессов и аппаратов,
предназначенных для переработки сырья в продукты потребления.
В соответствии с современными тенденциями развития
химических
отраслей,
интенсификацией
и
модернизацией
действующих производств, укрупнением и комбинированием
производств возрастает роль подготовки инженерных кадров.
Качество подготовки инженеров-технологов для предприятия
химической промышленности определяется фундаментальной
подготовкой специалистов по инженерно-химическому циклу
учебных дисциплин.
Настоящие методические указания
разработаны с целью
изучения и закрепления теоретических и практических знаний
полученных
при изучении дисциплины «Общая химическая
технология».
В методических указаниях приведены методики расчетов, дан
список научной и справочной литературы необходимой для
проведения расчетов.
3
1 Общие методические указания
В соответствии с учебным планом курс «Общая химическая
технология» изучается по заочной системе обучения на втором курсе
(на базе среднего профессионального и высшего образования) и
третьем курсе (на базе среднего образования) после сдачи экзаменов
по общенаучным и общетехническим дисциплинам.
В курсе «Общая химическая технология» студенты должны
получить необходимую информацию об общих закономерностях
химико-технологических процессов, методах анализа и способах
оптимизации химико-технологических процессов и
систем,
основных технологических схемах производства неорганических
веществ.
Знание курса должно помочь студентам научиться правильно
подбирать оптимальные режимы производства, анализировать
функциональные, технологические, структурные схемы, основные
потоки и технологические связи химико-технологических процессов,
вести материальные и тепловые расчеты химико-технологических
процессов, определять влияние различных факторов и режимов на
общие
показатели
химической
технологии,
критерии
работоспособности химических реакторов
и других аппаратов,
находить оптимальные технологические решения
с учетом
экономических и экологических приоритетов, сформировать у
будущих специалистов инженерное мышление, навыки решения
различных проблем реального производства, его организации и
управления,
овладение
студентами
основными
методами
технологического расчета важнейших аппаратов химических
производств.
Программа курса «Общая химическая технология» состоит из
пяти основных тем:
Тема 1. Химическое производство
Тема 2. Химическое производство как химикотехнологическая система (ХТС)
Тема 3. Химические процессы
Тема 4. Химические реакторы
Тема 5. Промышленные химические производства
При изучении
производства каждого продукта кроме
перечисленных в методических указаниях вопросов рассматривать
следующие вопросы:
- технико-экономические показатели процесса;
- контроль и автоматизация процесса;
4
- условия безопасной работы;
- основные тенденции развития производства;
-меры по защите окружающей среды от выбросов производства
Для изучения курса учебным планом предусмотрено
выполнение лабораторного практикума, практических занятий,
курсовой работы и сдача экзамена (зачета).
1.1 Требования к содержанию и оформлению
Контрольная работа включает в себя два теоретических вопроса
и четыре задачи.
Теоретические вопросы предусматривают изложение физикохимических основ процесса получения одного из продуктов
химической технологии и изображение технологической схемы с
указанием норм технологического режима.
Технологическая схема должна быть вычерчена на листе
формата А-4, внизу схемы должна быть приведена спецификация
пронумерованного оборудования. Оборудование рекомендуется
вычерчивать в таком масштабе, чтобы сохранялась соразмерность
аппаратов.
Задачи
необходимо
выполнять
в
логической
последовательности.
При использовании для расчета уравнений или каких-либо
формул они сначала должны быть приведены в общем виде с
расшифровкой каждого параметра, с указанием его размерности и
литературного источника.
Размерности всех величин и параметров
должны быть
выражены в системе СИ.
Контрольные работы выполняются на листах А-4 с полями для
замечаний преподавателя.
В конце выполненной контрольной работы должен быть
приведен список использованной литературы.
Преподавателю
предоставляется
право
выдавать
индивидуальное повторное задание, если обнаружиться, что студент
выполнил контрольную работу не самостоятельно.
Пример оформления списка литературы
1 Амелин А.Г. Технология серной кислоты / А.Г. Амелин. – 2-е
издание., перераб. – М. : Химия, 1983. – 360 с.
5
2 Программа курса «Общая химическая технология»
Введение
Значение и развитие химической промышленности. Химическая
технология как научная основа химического
производства.
Особенности химической технологии как науки. Связь химической
технологии с другими науками. Объект химической технологии.
Важнейшие технологические понятия и определения.
Классификация
химических
производств.
Принципы
классификации. Основные, взаимосвязанные направления развития
химической технологии. Динамика и масштабы производства
основных продуктов химической промышленности.
Новые химико-технологические приемы, способы получения
продуктов, структура химических отраслей.
2.1 Химическое производство
Общая технологическая структура химического производства.
Общие функции химического производства. Основные операции в
химическом производстве. Основные технологические компоненты.
Качественные и количественные критерии оценки эффективности
химического производства.
Сырьевые источники химического производства.
Характеристика и классификация сырья и вспомогательных
материалов. Отходы производства как источник вторичных
материальных ресурсов. Перспективные и альтернативные источники
сырья. Подготовка сырья в химико-технологическом процессе.
Вода как сырье и вспомогательный компонент производства.
Источники воды. Промышленная водоподготовка.
Энергия в химическом производстве
Потребление энергии и энергоснабжение в химическом
производстве.
Общая
характеристика
и
классификация
энергетических ресурсов. Перспективные и альтернативные
источники энергии.
Рациональное
использование
энергии.
Способы
энерготехнологического
комбинирования
и
использования
энергетического потенциала сырья и тепла экзотермических реакций.
Вторичные энергоресурсы (ВЭР), их классификация, основные
направления, утилизация.
6
2.2 Химическое производство как химико-технологическая
система (ХТС)
Структура и описание ХТС. Химическое производство как ХТС.
Состав ХТС. Виды моделей ХТС, их назначение и применение.
Элементы ХТС, их классификация. Многофункциональные
элементы.
Технологические связи элементов ХТС, их назначение и
характеристика. Примеры применения различных видов связей в
синтезе ХТС.
Методы химической технологии
Иерархическая
организация
процессов
в
химическом
производстве. Методологические основы химической технологии как
науки – системный анализ сложных схем и взаимодействий их
элементов. Понятие системы. Системный анализ.
Анализ ХТС
Понятие задачи и показатели результатов ХТС. Виды анализа.
Материальный и тепловой баланс. Методика составления и
расчеты. Фомы их представления.
Особенности составления балансовых уравнений в схемах с
рециклом. Энергетический (энтальпийный) баланс.
Технологический
анализ
ХТС.
Структура
техникоэкономических показателей и значение ее составляющих в
химическом производстве.
Синтез ХТС Понятие и задачи синтеза ХТС. Основные этапы
разработки ХТС.
Основные концепции при синтезе ХТС. Их содержание и пути
реализации.
Энерготехнологические
системы,
комбинированные
производства, перестраиваемые ХТС, совмещенные процессы,
замкнутые и безотходные производства – особенности их построения
и области применения.
Однородные
технологические
схемы.
Система
теплообменников. Система разделения сложной смеси. Система
реакторов. Основы построения их оптимальной структуры.
2.3 Химические процессы
Понятие о химико-технологическом процессе. Классификация
химико-технологических процессов по условиям работы, по типу
реакций, по состоянию реагирующих веществ. Физико-химические
закономерности химического превращения. Основные показатели
химических процессов, их взаимосвязь. Использование физико-
7
химических закономерностей для повышения эффективности
процессов.
Закономерности переноса тепла, вещества и импульса. Их
значение в системе процессов.
Гомогенные химические процессы. Гомогенные химические
процессы, влияние условий проведения и химических признаков на
скорость превращения и дифференциальную селективность. Пути и
способы интенсификации гомогенных процессов.
Понятие оптимальных температур. Оптимальные температуры
для обратимых и необратимых экзо- и эндотермических химических
процессов.
Гетерогенные (некаталитические) химические процессы
Определение фазового состава. Стадии гетерогенного процесса.
Взаимное влияние химической реакции переноса массы. Скорость
химического превращения. Лимитирующая стадия и ее определение.
Области протекания гетерогенных процессов. Влияние условий
протекания процесса на скорость превращения.
Гетерогенный процесс «газ – твердое». Уравнения для расчета
скорости и времени полного превращения для различных областей
протекания процесса. Пути интенсификации для различных режимов
процессов.
Гетерогенный процесс «газ – жидкость». Реакция в объеме и в
пограничном слое. Определение скорости превращения. Пути
интенсификации для различных режимов процесса.
Промышленный катализ. Значения и области применения
промышленного
катализа.
Гомогенный
катализ.
Скорость
превращения при гомогенном катализе. Влияние условий
осуществления
процесса
на
эффективность
гомогеннокаталитического процесса. Гетерогенный катализ на твердом
катализаторе. Скорость химического превращения. Области
протекания гетерогенно-каталитического процесса. Влияние условий
осуществления процесса на скорость превращения и селективность.
Степень
использования
внутренней
поверхности.
Пути
интенсификации каталитических процессов.
2.4 Химические реакторы
Химические реакторы (ХР) и требования, предъявляемые к ним.
Структурные элементы ХР – реакционный объем, устройства ввода и
вывода потоков, теплообменные элементы, устройства смешения и
распределения потоков. Классификация химических реакторов и
режимов их работы.
8
Уравнение материального и теплового балансов в химическом
реакторе.
Химические реакторы с идеальной структурой потока
Реактор идеального смешения. Периодический реактор
идеального смешения. Проточный реактор идеального смешения в
стационарном режиме. Реактор идеального вытеснения. Сравнение
эффективности проточных реакторов идеального смешения и
идеального вытеснения. Каскад реакторов идеального смешения.
Химические реакторы с неидеальной структурой потока
Причины, приводящие к отклонениям от идеальности
в
проточных
реакторах.
Модели
реакторов
с
реальной
гидродинамической
обстановкой.
Ячеечная
модель.
Однопараметрическая диффузионная модель.
Теплоперенос в химических реакторах
Тепловые режимы химических реакторов. Проточный реактор
идеального смешения в неизотермическом режиме. Периодический
реактор идеального смешения в неизотермическом режиме.
Теплоустойчивость
химических
реакторов.
Параметрическая
чувствительность, пространственные неоднородности (определение и
влияние
на
производительность
процесса).
Оптимальный
температурный режим и способы его осуществления в
промышленных реакторах. Использование нестационарных режимов
для проведения каталитических процессов в оптимальных
температурных условиях.
Промышленные химические реакторы для проведения:
- гомогенных процессов;
- некаталитических процессов «газ – твердое»;
- некаталитических процессов «газ – жидкость»;
- некаталитических процессов «жидкость – твердое»;
- некаталитических процессов «газ - жидкость – твердое»;
- гетерогенных процессов «жидкость – жидкость»;
- гетерогенно-каталитических процессов.
2.5 Промышленные химические производства
2.5.1 Производство серной кислоты. Виды серосодержащего
сырья и методы производства серной кислоты. Химическая и
структурная схемы производства серной кислоты.
Получение сернистого газа из флотационного колчедана.
Физико-химические основы обжига флотационного колчедана.
Кинетика горения пирита. Очистка обжигового газа от пыли.
9
Очистка обжигового газа от примесей (специальная очистка).
Окисление
диоксида
серы.
Физико-химические
основы
каталитического окисления диоксида серы. Принципиальная схема
контактного аппарата. Катализаторы процесса.
Абсорбция серного ангидрида. Контактное и абсорбционное
отделения. Аппаратурное оформление
процессов. Расходные
коэффициенты на 1 тонну серной кислоты.
2.5.2 Синтез аммиака. Технология связанного азота.
Современное состояние и перспективы развития азотной
промышленности.
Сырье
в
азотной
промышленности.
Технологический путь получения аммиака и азотной кислоты из
углеводородного сырья. Методы фиксации азота.
Химические
методы
производства
водорода
и
водородсодержащих газов. Газификация жидкого и твердого топлива.
Методы конверсии углеводородных газов. Физико-химические
основы конверсии. Технологическая схема конверсии метана.
Конверсия окиси углерода. Методы очистки конвертируемого
газа от окиси и двуокиси углерода.
Синтез аммиака. Общая характеристика сырья. Химическая и
принципиальная схемы производства аммиака. Физико-химические
основы синтеза аммиака
Технологические схемы производства аммиака. Агрегат синтеза
аммиака при среднем давлении. Аппаратурное оформление. Режим
работы. Регулирование процесса. Хранение и транспортирование
аммиака.
2.5.3 Производство азотной кислоты. Химическая и структурная
схема. Физико-химические основы контактного окисления аммиака.
Окисление окиси азота. Абсорбция двуокиси азота и его димера.
Технологическая схема производства разбавленной азотной
кислоты под давлением 8 атм. Аппаратурное оформление процесса.
Расходные коэффициенты для производства 60% азотной кислоты.
Методы концентрирования азотной кислоты.
2.5.4 Технология соединений фосфора. Сырье фосфорной
промышленности. Природные фосфаты на территории Казахстана.
Значение соединений фосфора в народном хозяйстве.
Производство фосфорной кислоты. Сравнение экстракционного
и экзотермического способов производства фосфорной кислоты.
Технологические схемы
экстракционного и экзотермического
способов производства. Аппаратурное оформление.
10
3 Контрольные задания
3.1 Методика выбора варианта для выполнения задания
Вариант контрольной работы выбирается студентами по
последним цифрам номера зачетной книжки с 1 по 21 вариант. Если
последние цифры номера зачетной книжки больше 21, то вариант
выбирается по сумме двух последних цифр. Например, последние
цифры номера зачетной книжки 44, это соответствует 8 варианту
контрольного задания.
3.2 Методические рекомендации по выполнению заданий с
примерами
3.2.1 Технические показатели. Технико-экономический уровень
химического производства определяется совокупностью техникоэкономических показателей. К ним относят: расходные коэффициенты
по сырью и энергии, выход готового продукта и степень превращения
сырья, селективность процесса, производительность, интенсивность
работы аппарата, качество продукции, производительность труда,
себестоимость продукции.
3.2.1.1 Выход готового продукта. Определяется как отношение
массы полученного продукта к массе сырья, затраченного на его
производство. Для одностадийного процесса, протекающего по схеме
A  B , выход определяется по формуле (1)
ηB =
mB
mA
(1)
Если в основе процесса лежит химическая реакция,
описываемая конкретным уравнением, то для многостадийного
процесса по схеме A  B  D суммарный выход всего процесса
равен произведению выходов каждой стадии (2)
η ∑ = η A × η B ...η n
(2)
3.2.1.2 Степень превращения (конверсии) сырья. Степенью
превращения называется отношение массы сырья, вступившего в
химическое превращение за время  , к исходной массе его ( m a0 ).
Степень превращения рассчитывается по формуле
11
Xa =
ma
m aτ
0
ma
,
(3)
0
где m aτ - количество сырья, не вступившего в реакцию
превращения за время τ .
Выход продукта и степень превращения сырья выражаются в
долях единицы или процентах.
3.2.1.3 Селективность - это отношение массы целевого продукта
к общей массе продуктов, полученных в данном процессе, или к массе
превращенного сырья за время  . Селективность характеризует
преобладание одного из направлений процесса, если превращение
сырья приводит к образованию нескольких конечных продуктов.
Выход продукта, степень превращения сырья и селективность
характеризуют глубину протекания химико-технологического
процесса, его полноту и направленность в сторону образования
целевого продукта.
3.2.1.4 Производительность. Производительностью называется
количество целевого продукта или переработанного для его
получения сырья в единицу времени. Производительность может быть
отнесена к отдельному аппарату, технологической линии, цеху,
предприятию в целом. Максимально возможная в данных условиях
производительность называется мощностью. Производительность и
мощность выражаются в кг/ч, т/ч, т/год и так далее в зависимости от
масштабов производства.
3.2.1.5 Интенсивность. Интенсивностью аппарата называется
его производительность, отнесенная к единице величины,
характеризующей размеры рабочей части аппарата – его
реакционного объема V или площади сечения S.
Интенсивность – это критерий эффективности работы аппарата.
Она позволяет сравнивать по эффективности аппараты различной
мощности. Выражается интенсивность, соответственно в кг/м3 и кг/м2.
3.2.1.6 Качество продукции. Качеством продукции называется
совокупность технических, эксплуатационных, экономических и
других
свойств,
обуславливающих
пригодность
для
производственных потребностей в соответствии с ее назначением.
3.2.1.7 Расходные коэффициенты. Расходными коэффициентами
называется количество сырья или энергии каждого вида,
затрачиваемое на производство единицы массы или объема готовой
продукции. Единицы измерения расходных коэффициентов по
энергии кВт∙ч/т, кВт∙ч/нм3, по сырью кг/кг, т/кг, т/т и так далее.
12
Для расчета расходных коэффициентов необходимо знать все
стадии производства в результате которых происходит превращение
исходного сырья в готовой продукт. Теоретические расходные
коэффициенты учитывает стехиометрическое соотношение, по
которому происходит превращение (по реакции). Практические
расходные коэффициенты кроме стехиометрических соотношений
учитывают производственные потери на всех стадиях процесса, а
также возможность побочных реакций.
Расходные коэффициенты для одного и того же продукта
зависят от состава исходного материала и могут сильно отличаться.
4 Примеры расчетов
4.1 Примеры расчетов технических показателей
Пример 1 Рассчитать расход бензола и пропан-пропиленовой
фракции газов крекинга (30% объемных пропилена СН3-СН=СН2 и
70% объемных пропана СН3-СН2–СН3) для производства 1 тонны
фенола. Если выход изопропилбензола из бензола составляет 90% от
теоретически возможного, а фенола из изопропилбензола 93%.
Решение. Mr ( C 6 H 6 ) = 78; Mr ( C 3 H 6 ) = 42; Mr ( C 3 H 8 ) = 44; Mr
( C 6 H 5 OH ) = 94
Кумольный способ получения фенола из бензола с получением
еще одного ценного продукта ацетона, который идет через три стадии.
1 стадия – получение кумола
C 6 H 6 + CH 3 - CH = CH 2 → C 6 H 5 - CH (CH 3 ) 2
2 стадия – окисление кумола в гидроперекись кумола
C6 H5
CH (CH 3 ) 2 + O 2 → C 6 H 5 - C(CH 3 ) 2 - O
OH
3 стадия – разложение гидроперекиси кумола
C 6 H 5 - C(CH 3 ) 2 - O - OH → C 6 H 5 OH + (CH 3 ) 2 CO
Все три стадии процесса изображаем схемой
C 6 H 6 + CH 3 - CH = CH 2 → C 6 H 5 - CH(CH 3 ) 2
O2
→
→ C 6 H 5 - C(CH 3 ) 2 - O - OH → C 6 H 5 OH + (CH 3 ) 2 CO
13
Судя по схеме для получения, один моль фенола требуется один
моль бензола, то есть теоретически расход бензола на одну тонну
фенола будет равен
78 – 94
х (т) – 1 (т)
х = 0,83 т
С учетом степеней превращения на стадиях процесса, бензола
требуется больше. Рассчитаем практический расходный коэффициент
бензола
0,83
= 0,99 т
0,9 × 0,03
расходный коэффициент бензола составляет 0,99 тонн для получения
1 тонны фенола.
Для получения 1 моль фенола требуется 1 моль (94 кг)
пропилена или 22,4 м3. Рассчитаем объем пропилена ( y м3),
вступившего в реакцию
y=
1000 × 22,4
= 238м 3
94
С учетом степеней превращения на стадиях пропилена
потребуется больше
238
= 284м 3
0,9 × 0,93
Масса пропилена составит
42 кг – 22,4 ∙ 103 м3
х кг – 284,3 м3
х = 0,533 т
Вместе с пропиленом подано пропана
284,3 × 70
= 662м 3
30
14
Массу пропана находим аналогично, что составит 1,3 т.
Расходный коэффициент пропан-пропиленовой фракции
составит: 662 + 284 = 946 м3 или 0,533 т + 1,3 т = 1,833 т.
Пример 2 Рассчитать производительность колонны синтеза
аммиака при работе ее на свежем катализаторе и после двухлетней
работы на том же катализаторе. Содержание NH3 на выходе С2 – 17%;
высота колонны Н – 14 м; Внутренний диаметр колонны D – 0,85 м;
содержание в цикле инертных примесей η – 7%; Конечная
температура конденсации t - 5°C; содержание NH3 на входе в колонну
С1 – 4%; объемная скорость s – 25000 с-1; давление в системе – 30
МПа; коэффициент использования внутреннего объема (паковки)
колонны β – 35%; снижение активности катализатора после
двухлетней работы z – 20%.
Решение. Объем катализатора, загруженного в колонну синтеза,
рассчитываем по формуле (4)
π × D2 × H × β
V=
4 × 100
Подставив все значения получим V = 2,8 м3.
Производительность колонны синтеза
рассчитываем по формуле (5)
Q =
Н
(4)
аммиака
s × V × ρ × (C 2 - C 1 )
,
100 + C 1
(кг/ч)
(5)
где ρ - плотность аммиака, кг/м3 (  = 0,771).
Подставив значения получим Q Н = 6,75 т/ч или 162 т/сут.
Через два года в результате снижение активности катализатора
содержание аммиака после колонны уменьшится и составит
C1 = C 2 ×
100 - z
= 13,6%
100
Следовательно, производительность колонны через два года
будет равна
QR =
25000 × 2,8 ÷ (13,6 - 4) × 0,771
=5
104
15
Q R = 5 т/ч или 120 т/сут
4.2 Пример расчета материального баланса
При разработке химико-технологических процессов проводятся
разнообразные расчеты для количественной оценки протекающих
операций, а также для определения оптимальных значений
параметров технологического процесса. Во всех случаях при расчетах
учитываются законы гидродинамики, тепло- и массопередачи и
химической кинетики, поэтому расчеты материальных потоков
обычно сочетаются с энергетическими расчетами, для этого
составляют материальный и энергетический балансы.
Материальный баланс – это вещественное выражение закона
сохранения массы, согласно которому во всякой замкнутой системе
масса веществ, вступивших во взаимодействие, равна массе веществ,
образовавшихся в результате этого взаимодействия, то есть приход
веществ равен его расходу. Таким образом, уравнение материального
баланса можно представить в виде
∑B
прих
= ∑В расх
(6)
Для периодических процессов материальный баланс составляют
в расчете на одну операцию, для непрерывных процессов – за единицу
времени.
Материальный баланс составляют по уравнению основной
суммарной реакции с учетом параллельных и побочных реакций. Он
может быть составлен для всех веществ, участвующих в процессе, или
только для одного какого – либо вещества. Обычно учитываются не
все протекающие реакции и получаемые побочные продукты, а лишь
те, которые имеют существенное значение, то есть материальный
баланс носит приближенный характер.
Материальный баланс составляют для процесса в целом или для
отдельных его стадий. При этом учет массы веществ производиться
отдельно для твердой, жидкой и газовой фаз, поэтому в общем виде
материальные балансы выражаются обычно в виде уравнения (7)
ВТ + В Ж + В Г = В'Т + B'Ж + В'Г ,
(7)
где В Т ; В Ж ; В Г - массы твердых, жидких и газообразнывеществ,
поступающих в производство или данную
операцию в единицу времени;
16
В'Т + B'Ж + В'Г - массы получаемых продуктов.
Иногда при проведении практических расчетов могут не
приниматься во внимание отдельные фазы (твердая, жидкая или
газообразная) либо в одной какой – либо фазе не учитывается
существование несколько разных веществ, поэтому уравнение (7)
соответственно упрощается или усложняется. При проектировании
обычно задаются массой целевого продукта; массу сырья и массу
побочных продуктов определяют по уравнению материального
баланса. Материальный баланс считается верным, если невязка
баланса (процент ошибки) составляет до 5 %.
Все данные записываются в виде таблицы 1.
Таблица 1 – Материальный баланс
Приход
кг м3 %
Расход
кг
м3
%
Пример 3 Составить материальный баланс обжига колчедана,
содержащего 42% S и 4% Н2О. Концентрации SO2 и SO3 в сухом
обжиговом газе 14,5 и 0,1% объемных. Содержание серы в огарке 1%.
Решение. Вычислим составляющие материального баланса на
1000 кг колчедана.
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8 SO2
Статьи прихода
1) сухого колчедана, поступающего на обжиг 1000  0,96  960
кг;
2) влаги, поступающей с колчеданом 1000  0,04  40 кг;
3) содержание серы в сухом колчедане
4)
G S = 42/0,96 = 43,75%
5) выход огарка на 1 тонну сухого колчедана
ФАКТ
х=
160 43,75
= 0,731 т
160 1
6) количество выгоревшей серы
СS
ВЫГ
= 43,75
0,731 × 1 = 43%
17
7) расход воздуха на 1 т сухого колчедана
VВОЗД =
700
+ 7(m - 1) × C Sввы
С SO
,
2
где CSO2 – сумма концентраций SO2 и SO3 в газе;
m – стехиометрическое отношение числа молекулкислорода
к числу молекул диоксида серы;
VВОЗД =
700
+ 2,625 × 43 = 2190 м 3 ,
14,6
где 14,6 – сумма концентраций SO2 и SO3 в газе;
расход
воздуха
на
1
т
влажного
колчедана
3
2190  0,96  2100 м
8) количество кислорода и азота, поступающих с воздухом
VO = 2100 ×
2
VN = 2100 ×
2
21
32
= 441м 3 или 441 ×
= 629кг
22,4
100
79
28
= 1660 м 3 или 1660 ×
= 2075кг
22,4
100
9) количество влаги, поступающей с воздухом. Принимаем, что
воздух поступает с температурой 20ºC и степень насыщения его
влагой равна 0,5. Содержание водяного пара в воздухе при 20ºC равно
17,29 г/м3 (Справочник сернокислотчика).
10) Количество влаги, приносимой воздухом
2100 ×
17,29 × 0,5
= 23,6кг
760 - 17,29 × 0,5
Статьи расхода
1) количество полученного огарка: 731 × 0,96 = 703кг
2) количество образовавшегося сухого обжигового
вычислим по формуле (8)
18
газа
VГ =
700 С S
ВЫГ
С SO + C SO
2
=
(8)
3
Подставив значения в формулу (8) получим V Г  1980 м 3
3) содержание в газе:
- кислорода
C O = 21 - 1,296 × C SO - 1,692 × C SO = 21 - 1,296 ×14,5
2
2
3
1,642 × 0,1 = 2,05%(об.) ;
- азота (по разности)
100 – 14,5 – 0,1 – 2,05 = 83,35% (об.);
- влаги, поступающей из колчедана и воздуха
40 + 23,6 = 63,6 кг или 79 м3
Состав влажного печного газа:
- SO2 – 287 м3 или 820 кг;
- SO3 – 2 м3 или 7,1 кг;
- O2 – 42 м3 или 60 кг;
- N2 – 1650 м3 или 2075 кг;
- Н2О – 79 м3 или 63,6 кг.
Составим сводную таблицу материального баланса.
Материальный баланс обжига 1 т влажного колчедана
Таблица 2
Приход
Кг
1 колчедан сухой 960
2 влага колчедана 40
3 сухой воздух:
2704
O2
629
N2
2075
4 влага воздуха
23,6
Итого:
м3
2100
441
1659
29,3
Расход
1 огарок
2 печной газ:
- SO2
- SO3
- O2
- N2
- Н2О
3727,6 2129,3 Итого:
19
кг
703
3025,7
820
7,1
60
2075
63,6
3728,7
м3
1869
287
2
42
1650
79
2068
Невязка баланса составляет
3728,7 - 3727 ,6
×100 ≈0,03%
3728,6
5 Варианты контрольных заданий
Вариант 1
1 Описать общую технологическую структуру химического
производства, качественные и количественные критерии оценки
эффективности химического производства.
2 Перечислить и сравнить способы получения термической
фосфорной
кислоты.
Изобразить
технологическую
схему
производства термической фосфорной кислоты двухступенчатым
методом.
3 Рассчитать расходные коэффициенты 76%-ного С2Н5ОН и Nа,
необходимого для производства диэтилового эфира, если выход
С2Н5ОNa составляет 90% от теоретически возможного, а выход
бромэтана из этанола 89%. Расчет вести на 500 кг эфира.
4 Определить расходный коэффициент раствора муравьиной
кислоты, содержащей 70% НСООН необходимой для реакции
нейтрализации гидроксидом натрия. Если степень превращения
муравьиной кислоты 47%. Расчет вести на 5 тонн готового продукта.
5 Составить материальный баланс производства технического
карбида кальция содержащего (%масс.): СаС2 – 75%; СаО – 19%; С –
6%. Если в производстве используется известь, содержащая 92,7%
СаО, и кокс следующего состава (%масс.): зола – 5%; летучие
соединения – 5%; влага – 5%. Расчет вести на 1т технического
продукта.
6 Определить выход огарка при обжиге колчедана, содержащего
45% серы, если последняя выгорает полностью.
Вариант 2
1 Описать общую технологическую структуру химического
производства,
общие
функции,
основные
технологические
компоненты химического производства.
2 Описать свойства диоксида и триоксида серы, серной кислоты
и олеума. Сорта серной кислоты, ее хранение и перевозка.
20
Охарактеризовать виды серосодержащего сырья для производства
серной кислоты.
3 Рассчитать расходные коэффициенты ацетилена и
водородного газа следующего состава: Н2 – 96%; О2 – 0,91%; N2 –
3,09%, для получения 4 тонн бензола, если степень превращения
ацетилена составляет 72%, выход этилена 61% от теоретически
возможного, а выход готового продукта 73% от теоретически
возможного.
4 Определить расход оксида фосфора (V) и воды при получении
782 кг фосфорной кислоты, если степень превращения оксида
составляет 76%, а выход готового продукта 71% от теоретически
возможного.
5 Составить материальный баланс процесса получения 1000т
генераторного газа следующего состава (%масс.): СО – 48%; Н2 –
12%; N2 – 40%. Если бурый уголь содержит 68% углерода. Состав
воздуха примите (%об.): О2 – 21%; N2 – 79%.
6 Определить количество огарка, удаляемого из печного
отделения за 1 ч. Печное отделение сернокислотного завода состоит
из печей КС (кипящего слоя), каждая из которых имеет
производительность 200 т колчедана в сутки. На обжиг поступает
колчедан, содержащий 43% S (в расчете на сухой). Выходящий из
печи огарок содержит 1% S.
Вариант 3
1 Охарактеризовать сырьевые источники
химического
производства.
Привести примеры использования отходов
производства как источников вторичных материальных ресурсов.
Перспективные и альтернативные источники сырья.
2 Описать химическую и структурную схемы производства
серной кислоты контактным способом из колчедана.
3 Рассчитать расходные коэффициенты Zn и 98% Н2SО4 для
получения гидроксида цинка, если степень превращения серной
кислоты 79%, выход сульфата цинка 86% от теоретически
возможного, а выход готового продукта 91% от теоретически
возможного. Расчет вести на 597 кг гидроксида.
4 Определить объем оксида углерода(II), выделившегося при
обжиге известняка, содержащего 10% примесей. Расход известняка
500 тонн. Степень превращения 86%.
5 Составить материальный баланс производства 8т ацетилена из
карбида кальция следующего состава (%масс.):
21
СаС2 – 83%;
СаО – 14%;
С – 3%.
Степень превращения карбида кальция составляет 81%.
6 Определить часовой расход ангидрита, содержащего 86,8%
CaSO4 при переработке его в серную кислоту в цехе мощностью
150.000 т моногидрата в год. Количество рабочих дней в году 350,
коэффициент использования серы во всем процессе – 90%.
Вариант 4
1 Охарактеризовать сырьевые источники
химического
производства. Описать методы подготовки сырья в химикотехнологическом процессе. Метод флотации.
2 Описать физико-химические основы обжига флотационного
колчедана. Хранение и подготовка колчедана к обжигу. Описать
устройство печей для обжига колчедана.
3 Рассчитать расходные коэффициенты и массовый состав
воздуха (О2 –21%, N2 – 79%) и аммиака следующего состава: NН3 –
17%, N2 – 11%, Н2 –72%, в производстве азотной кислоты, если в
реакцию вступает 97% аммиака, выход NО составляет 77% от
теоретически возможного, а выход готового продукта 17%. Расчет
вести на 1572кг азотной кислоты.
4 Определить расходный коэффициент раствора, содержащего
10% NаОН, необходимого для нейтрализации Н2SО4. Степень
превращения щелочи 58%. Расчет вести на 7,3 тонн Nа2SO4.
5 Составить материальный баланс производства 5,5т ацетилена
из природного газа следующего состава (%об.):
СН4 – 93%;
С2Н6 – 4%;
С3Н8 – 1%;
N2 – 2%.
Степень превращения метана составляет 85%.
6 Определить количество моногидрата в сборнике.
Вертикальный цилиндрический сборник диаметром 3 м заполнен на
1,5 м 92 %-ной серной кислотой. Плотность 92 %-ной кислоты при 20
°С 1824 кг/м3.
22
Вариант 5
1 Описать классификацию химико-технологических процессов
по условиям работы, по типу реакций, по состоянию реагирующих
веществ.
2 Охарактеризовать печи для обжига колчедана, устройства для
подачи колчедана в печи и удаление огарка. Использование огарка.
Представить чертеж печи КС.
3 Рассчитать расход пирита, содержащего 78% FeS2, и воздуха
(О2 – 21%, N2 – 79%) в производстве 540 кг серной кислоты. Выход
SО2 15% от теоретически возможного, Степень превращения SО3 –
50%, а выход готового продукта 70% от теоретически возможного.
4 Определить расходный коэффициенты аммиака и азотной
кислоты для получения 5 тонн нитрата аммония, если степень
превращения аммиака составляет 49%, а выход готового продукта
74% от теоретически возможного.
5 Составить материальный баланс производства окиси этилена
прямым каталитическим окислением этилена воздухом. Состав
исходной газовой смеси (%об.):
С2Н6 – 3%;
Воздух - 97%.
Степень окисления этилена 0,5. Расчет вести на 1т окиси
этилена.
6 Определить состав газа, получаемого при сжигании
сероводородного газа, содержащего 85% H2S и 4% (об.) Н2О.
Количество воздуха, подаваемого в горелку, равно десятикратному
объему газа. Воздух содержит 1,5% (об.) Н2О.
Вариант 6
1
Описать
технологическую
схему
промышленной
водоподготовки. Вода как сырье и вспомогательный компонент
производства. Источники воды.
2 Описать основы механической и электрической очистки
обжигового газа в производстве серной кислоты от пыли, брызг и
тумана. Привести эскизы применяемых аппаратов.
3 Рассчитать расход водяного пара и природного газа,
содержащего 76% метана, в производстве 1470 кг аммиака. Степень
превращения СН4 – 81%, выход водорода составляет 70% от
теоретически возможного, а выход готового продукта 81% от
теоретически возможного.
23
4 Определить расходный коэффициент 10%-ной Н2SO4,
необходимой для реакции нейтрализации NaOH. Степень
превращения серной кислоты 71%. Расчет вести на 1 тонну Nа2SO4.
5 Составить материальный баланс реактора каталитического
окисления метанола в формальдегид. Содержание метанола в спиртовоздушной смеси 15% об. Степень превращения метанола 70%. Расчет
вести на 1,5 т готового продукта.
6 Подсчитать максимальное содержание двуокиси серы в
обжиговом газе, полученном при сжигании колчедана, при условии,
что весь кислород поступающего в печь воздуха расходуется на
обжиг.
Вариант 7
1 Привести общую характеристику и классификацию
энергетических ресурсов. Описать способы энерготехнологического
комбинирования и использования энергетического потенциала сырья
и тепла экзотермических реакций. Вторичные энергоресурсы (ВЭР).
2 Описать физико-химические
основы каталитического
окисления SO2 до SO3. Катализаторы процесса. Контактные аппараты.
Представить чертеж контактного аппарата с взвешенным слоем
катализатора.
3 Рассчитать расходные коэффициенты воздуха (О2 –21%, N2 –
79%) и природного газа следующего состава: СН4 – 98%, N2 – 2%, в
производстве метанола следующего состава: СН3ОН – 93%, Н2О – 6%,
примеси 1%, если степень конверсии метана составляет 87%, выход
метанола 15% от теоретически возможного.
4 Определить количество чугуна, содержащего 95% железа,
который можно получить из железной руды (Fe2O3), если расход руды
составляет 5 тонн, а степень превращения руды 61%.
5 Составить материальный баланс производства 5т обычного
стекла, если известняк содержит 10%примесей, сода используется
следующего состава (%масс.): Nа2СО3 – 93%; NаНСО3 - 6%; другие
примеси – 1%. Степень превращения соды и известняка 81% и 85%
соответственно. Для расчета принимаем, что кварцевый песок без
примесей. Сырьем для производства обычного стекла служит
кварцевый песок, сода и известняк.
6 Рассчитать производительность печи пылевидного обжига
колчедана, если ее диаметр 4,2 м, высота 8 м, а интенсивность 1000
кг/(м3*сут).
24
Вариант 8
1
Описать
химическое
производство
как
химикотехнологическую систему (ХТС), виды технологических связей
элементов ХТС, их назначение и характеристика. Привести пример
блок-схемы с циклической технологической связью.
2 Описать физико-химические основы абсорбция серного
ангидрида из газовой смеси в производстве серной кислоты.
Аппаратурное оформление процесса.
3 Рассчитать расходные коэффициенты этана и водяного пара,
необходимого в производстве 3,2 тонн этанола, если степень
превращения этана составляет 29%, выход этилена 85% от
теоретически возможного, выход этанола составляет 41% от
теоретически возможного. Готовый продукт содержит 25% этанола.
4 Определить массу жженой извести, содержащей 80% СаО,
которая может быть получена из карбоната кальция. Расход карбоната
810кг. Степень превращения карбоната кальция 76%.
5 Составить материальный баланс производства 7,5т азотной
кислоты. Содержание аммиака в аммиачно-воздушной смеси 6%об.
Степень окисления аммиака 97%.
6 Определить интенсивность печи, т.е. количество колчедана (в
пересчете на 45 %-ный), сжигаемого на 1 м2 пода печи в сутки, если
площадь основного пода печи 17,7 м2. В печи КС-200 сгорает в 1 ч 10
т колчедана, содержащего 40% серы.
Вариант 9
1 Привести классификацию химико-технологических процессов
(ХТП), основные показатели ХТП, их взаимосвязь. Способы
повышения эффективности ХТП.
2 Описать химическую и структурную схемы производства
серной кислоты нитрозным способом.
3 Рассчитать расход колчедана, содержащего 40% S на 1 тонну
серной кислоты, если потери S и SO2 в производстве серной кислоты
по 3%, а степень абсорбции 98%.
4 Определить расходный коэффициент газа, содержащего 70%
НСl, необходимого для получения NaCl, если степень превращения
хлорводорода 65%, а выход готового продукта 43% от теоретически
возможного.
5 Составить материальный баланс производства 3,3т ТiО2.
Состав ильменитовой руды (%масс.): FеТiО3 – 74%; Fe2О3 - 24%;
25
другие примеси – 2%. Степень превращения FеТiО3 77%. В
производстве используется 76%-ная серная кислота.
6 Подсчитать максимальное содержание двуокиси серы в
обжиговом газе, полученном при сжигании колчедана, при условии,
что весь кислород поступающего в печь воздуха расходуется на
обжиг. Воздух подается с 50 %-ным избытком
Вариант 10
1 Описать гомогенные химические процессы, влияние условий
проведения и химических признаков на скорость превращения и
дифференциальную селективность. Пути и способы интенсификации
гомогенных процессов.
2 Описать современное состояние и перспективы развития
азотной промышленности. Сырье для азотной промышленности.
Методы фиксации азота.
3 Рассчитать расходные коэффициенты воды и технического
карбида кальция, содержащего СаС2 – 81%, СаО – 13%, С – 6%, в
производстве 2 тонн ацетальдегида, если степень превращения СаС2
75%, выход ацетилена 71% от теоретически возможного, а выход
ацетальдегида 69% от теоретически возможного.
4 Сколько тонн 98% Н2SО4 можно получить из 2,4 тонн пирита.
Степень превращения пирита 71%.
5 Составить материальный баланс солено-сульфатного
производства 3,4т Na2SO4, если в производстве используется
поваренная соль содержащая 98,5% (масс.) – NaCl и купоросное
масло, содержащее 7% (масс.) примесей.
Степень разложения соли и купоросного масла 91% и 85%
соответственно.
6 Подсчитать теоретическое количество воздуха, которое
необходимо подать в печи для сжигания серы. Сырьем для
производства серной кислоты служит сера 1-го сорта следующего
состава: S – 99,6%; As – 0,01%; H2O – 0,2%; зола – 0,19 %. Обжиговый
газ содержит 12% (об.) SO2.
Вариант 11
1 Представить и описать технологическую схему совмещенной
каталитической конверсии метана и оксида углерода под
атмосферным давлением.
2 Описать методы очистки технологических газов от СО2.
26
3 Определить расход оксида фосфора (V) и воды при получении
1т фосфорной кислоты, если степень превращения оксида составляет
63%, а выход готового продукта 79% от теоретически возможного.
4 Рассчитать расходные коэффициенты Zn и 96% Н2SО4 для
получения гидроксида цинка, если степень превращения серной
кислоты 81%, выход сульфата цинка 73% от теоретически
возможного, а выход готового продукта 69% от теоретически
возможного. Расчет вести на 700 кг гидроксида.
5 Составить материальный баланс производства ортофосфорной
кислоты из 5т ортофосфата кальция, содержащего 6% примесей.
Степень превращения ортофосфата кальция 92%. В производстве
используется 93%-ная серная кислота.
6 Определить выход огарка при обжиге колчедана, содержащего
47% серы, если в огарке содержится невыгоревшей серы 1%.
Вариант 12
1 Изложить теоретические основы синтеза аммиака, обосновать
оптимальные условия процесса и необходимость проведения синтеза
аммиака по циклической схеме.
2 Описать методы очистки технологических газов от сернистых
соединений.
3 Рассчитать расходные коэффициенты ацетилена и
водородного газа следующего состава: Н2 – 96%; О2 – 0,91%; N2 –
3,09%, для получения 4 тонн бензола, если степень превращения
ацетилена составляет 72%, выход этилена 61% от теоретически
возможного, а выход готового продукта 73% от теоретически
возможного.
4 Определить расходный коэффициент раствора гидроксида
натрия, содержащего 10% NаОН необходимого
для реакции
нейтрализации муравьиной кислоты. Если степень превращения
щелочи 77%. Расчет вести на 2 тонны готового продукта.
5 Составить материальный баланс процесса окисления 67,2м3
газа следующего состава (%об.): бутан – 94%; пропан – 4%; этан – 2%.
Состав воздуха примите (%об.): О2 – 21%; N2 – 79%. Степень
превращения бутана 86%.
6 Определить количество огарка, удаляемого из печного
отделения за 2,5 ч. Печное отделение сернокислотного завода состоит
из печей КС (кипящего слоя), каждая из которых имеет
производительность 150 т колчедана в сутки. На обжиг поступает
27
колчедан, содержащий 41% S (в расчете на сухой). Выходящий из
печи огарок содержит 2% серы.
Вариант 13
1 Описать физико-химические основы и аппаратурное
оформление процесса очистки обжигового газа от контактных ядов.
2 Представить и описать технологическую схему синтеза
аммиака при среднем давлении.
3 Рассчитать расходные коэффициенты воздуха (О2 –21%, N2 –
79%) и аммиака следующего состава: NН3 – 19%, N2 – 12%, Н2 –69%, в
производстве азотной кислоты, если в реакцию вступает 95%
аммиака, выход NО составляет 80% от теоретически возможного, а
выход готового продукта 95%. Расчет вести на 500кг азотной кислоты.
4 Определить расходный коэффициент раствора, содержащего
гидроксида калия – 72% (масс.), необходимого для нейтрализации
Н2SО4. Степень превращения щелочи 91%. Расчет вести на 1,2 тонн
Nа2SO4.
5 Составить материальный баланс производства 5,5т ацетилена
из природного газа следующего состава (%об.):
СН4 – 90%;
С2Н6 – 5%;
С3Н8 – 2%;
N2 – 3%.
Степень превращения метана составляет 91%.
6 Определить количество моногидрата в сборнике.
Вертикальный цилиндрический сборник диаметром 1,5 м заполнен на
0,75 м 92 %-ной серной кислотой. Плотность 92 %-ной кислоты при
20 °С 1824 кг/м3.
Вариант 14
1 Описать технологическую схему и оборудование очистного
отделения современного производства контактной серной кислоты из
колчедана.
2 Изложить влияние различных факторов на процесс окисления
аммиака в производстве азотной кислоты.
3 Рассчитать расходные коэффициенты 96%-ного С2Н5ОН и Nа,
необходимого для производства диэтилового эфира, если выход
С2Н5ОNa составляет 85% от теоретически возможного. Расчет вести
на 300 кг эфира.
28
4 Рассчитать расходные коэффициенты ацетилена и
водородного газа следующего состава: Н2 – 96%; О2 – 0,91%; N2 –
3,09%, для получения 4 тонн бензола, если степень превращения
ацетилена составляет 72%, выход этилена 61% от теоретически
возможного, а выход готового продукта 73% от теоретически
возможного.
5 Составить материальный баланс производства технического
карбида кальция содержащего (%масс.): СаС2 – 81%; СаО – 12%; С –
7%. Если в производстве используется известь, содержащая 91% СаО,
и кокс следующего состава (%масс.): зола – 3%; летучие соединения
– 3%; влага – 3%. Расчет вести на 1т технического продукта.
6 Определить часовой расход ангидрита, содержащего 83,3%
CaSO4 при переработке его в серную кислоту в цехе мощностью
12.000 т моногидрата в год. Количество рабочих дней в году 350,
коэффициент использования серы во всем процессе – 87%.
Вариант 15
1 Охарактеризовать катализаторы, применяемые в производстве
серной кислоты контактным методом.
2 Изложить физико-химические основы процесса абсорбции
диоксида азота водой в производстве разбавленной азотной кислоты.
3 Рассчитать расход пирита, содержащего 69% FeS2, и воздуха
(О2 – 21%, N2 – 79%) в производстве 1300 кг серной кислоты. Выход
SО2 60% от теоретически возможного, Степень превращения SО3 –
68%, а выход готового продукта 81% от теоретически возможного.
4 Определить расходный коэффициент 76%-ной Н2SO4,
необходимой для реакции нейтрализации NaOH. Степень
превращения серной кислоты 90%. Расчет вести на 1 тонну Nа2SO4.
5 Составить материальный баланс производства окиси этилена
прямым каталитическим окислением этилена воздухом. Состав
исходной газовой смеси (%об.):
С2Н6 – 5%;
Воздух - 95%.
Степень окисления этилена 60%. Расчет вести на 500кг оксида
этилена.
6 Подсчитать максимальное содержание двуокиси серы в
обжиговом газе, полученном при сжигании колчедана, при условии,
что весь кислород поступающего в печь воздуха расходуется на
обжиг.
29
Вариант 16
1 Описать физико-химические основы нитрозного процесса
получения серной кислоты.
2 Изложить теоретические основы разделения жидкого воздуха
на азот и кислород методом ректификации. Привести эскиз установки.
3 Рассчитать расход водяного пара и природного газа,
содержащего 91% метана, в производстве 1 аммиака. Степень
превращения СН4 – 87%, выход водорода составляет 91% от
теоретически возможного, а выход готового продукта 79% от
теоретически возможного.
4 Определить расходный коэффициенты аммиака и азотной
кислоты для получения 1т нитрата аммония, если степень
превращения аммиака составляет 59%, а выход готового продукта
81% от теоретически возможного.
5 Составить материальный баланс реактора каталитического
окисления метанола в формальдегид. Содержание метанола в спиртовоздушной смеси 10%об. Степень превращения метанола 85%. Расчет
вести на 1т готового продукта.
6 Определить состав газа, получаемого при сжигании
сероводородного газа, содержащего 87% H2S и 5% (об.) Н2О.
Количество воздуха, подаваемого в горелку, равно десятикратному
объему газа. Воздух содержит 2,5% (об.) Н2О.
Вариант 17
1 Описать оборудование башенных систем производства серной
кислоты нитрозным методом. Представить эскизы основных
процессов.
2 Привести характеристику
сырья для
азотной
промышленности.
3 Определить количество чугуна, содержащего 85% железа,
который можно получить из железной руды (Fe2O3), если расход руды
составляет 2 тонн, а степень превращения руды 73%.
3 Рассчитать расходные коэффициенты этана и водяного пара,
необходимого в производстве 1,5 тонн этанола, если степень
превращения этана составляет 37%. Выход этилена 71% от
теоретически возможного. Выход этанола составляет 59% от
теоретически возможного. Готовый продукт содержит 76% этанола.
5 Составить материальный баланс производства 5т обычного
стекла, если известняк содержит 10%примесей, сода используется
30
следующего состава (%масс.): Nа2СО3 – 93%; NаНСО3 - 6%; другие
примеси – 1%. Степень превращения соды и известняка 81% и 85%
соответственно. Для расчета принимаем, что кварцевый песок без
примесей. Сырьем для производства обычного стекла служит
кварцевый песок, сода и известняк.
6 Определить интенсивность печи, т.е. количество колчедана (в
пересчете на 45 %-ный), сжигаемого на 1 м2 пода печи в сутки, если
площадь основного пода печи 16,7 м2. В печи КС-200 сгорает в 1 ч 10
т колчедана, содержащего 41% серы.
Вариант 18
1 Описать значение и область применения промышленного
катализа. Сущность и виды катализа.
2 Описать технологию получения азотоводородной смеси
методом паровоздушной конверсии метана.
3 Определить количество чугуна, содержащего 95% железа,
который можно получить из железной руды (Fe3O4), если расход руды
составляет 15 тонн, а степень превращения руды 81%.
4 Определить массу жженой извести, содержащей 91% СаО,
которая может быть получена из карбоната кальция. Расход карбоната
8 т. Степень превращения карбоната кальция 91%.
5 Составить материальный баланс производства 100т азотной
кислоты. Содержание аммиака в аммиачно-воздушной смеси 3%об.
Степень окисления аммиака 89%.
6 Рассчитать производительность печи пылевидного обжига
колчедана, если ее диаметр 5,2 м, высота 9 м, а интенсивность 1100
кг/(м3*сут).
Вариант 19
1 Описать методы производства водорода конверсией
углеводородных газов. Привести сравнительный анализ этих
методов.
2 Описать
методы очистки азотоводородной смеси от
диоксида углерода и сероводорода.
3 Рассчитать расход колчедана, содержащего 40% S на 1 тонну
серной кислоты, если потери S и SO2 в производстве серной кислоты
по 3%, а степень абсорбции 98%.
4 Сколько тонн 76% Н2SО4 можно получить из 16 тонн пирита.
Степень превращения пирита 80%.
31
5 Составить материальный баланс производства 10т ТiО2.
Состав ильменитовой руды (%масс.): FеТiО3 – 70%; Fe2О3 - 29%;
другие примеси – 1%. Степень превращения FеТiО3 81%. В
производстве используется 76%-ная серная кислота.
6 Подсчитать теоретическое количество воздуха, которое
необходимо подать в печи для сжигания серы. Сырьем для
производства серной кислоты служит сера 1-го сорта следующего
состава: S – 98,2%; As – 0,01%; H2O – 1,5%; зола – 0,29 %. Обжиговый
газ содержит 18% (об.) SO2.
Вариант 20
1 Описать производство водорода (азотоводородной смеси)
разделением коксового газа.
2 Описать процесс переработки нитрозных газов
в
разбавленную азотную кислоту.
3 Рассчитать расходные коэффициенты воды и технического
карбида кальция, содержащего СаС2 – 82%, СаО – 11%, С – 7%, в
производстве 15 тонн ацетальдегида, если степень превращения СаС2
85%, выход ацетилена 81% от теоретически возможного, а выход
ацетальдегида 79% от теоретически возможного.
4 Определить расходный коэффициент газа, содержащего 85%
НСl, необходимого для получения NaCl, если степень превращения
хлорводорода 79%, а выход готового продукта 70% от теоретически
возможного.
5 Составить материальный баланс солено-сульфатного
производства 10т Na2SO4, если в производстве используется
поваренная соль содержащая 93% (масс.) – NaCl и купоросное масло,
содержащее 9% (масс.) примесей.
Степень разложения соли и купоросного масла 87% и 79%
соответственно.
6 Подсчитать максимальное содержание двуокиси серы в
обжиговом газе, полученном при сжигании колчедана, при условии,
что весь кислород поступающего в печь воздуха расходуется на
обжиг. Воздух подается с 25 %-ным избытком
Вариант 21
1 Изложить особенности сернокислотного разложения
фосфоритов
Каратау.
Изобразить
технологическую
схему
производства из них экстракционной фосфорной кислоты.
32
2 Охарактеризовать виды серосодержащего сырья
для
производства серной кислоты. Получение серы из руд, очистка серы.
Привести схему установки для комплексной переработки серных руд.
3 Определить расход оксида фосфора (V) и воды при получении
30т фосфорной кислоты, если степень превращения оксида составляет
76%, а выход готового продукта 65% от теоретически возможного.
4 Определить количество чугуна, содержащего 91% железа,
который можно получить из железной руды (FeO2), если расход руды
составляет 15 тонн, а степень превращения руды 90%.
5 Составить материальный баланс процесса получения 150т
генераторного газа следующего состава (%масс.): СО – 52%; Н2 –
15%; N2 – 33%. Если бурый уголь содержит 92% углерода. Состав
воздуха примите (%об.): О2 – 21%; N2 – 79%.
6 Определить состав газа, получаемого при сжигании
сероводородного газа, содержащего 70% H2S и % (об.) Н2О.
Количество воздуха, подаваемого в горелку, равно десятикратному
объему газа. Воздух содержит 4% (об.) Н2О.
33
Литература
1 Беляева И.И. Сборник задач по химической технологии
/ И.И Беляева, В.А. Трофимов и др. – М. : Просвещение, 1982. – 371 с.
2 Бояринов А.И. Методы оптимизации в химической технологии
/ А.И. Бояринов, В.В. Кафаров. – М. : Химия, 1975. – 134 с.
3 Вэйлас С. Химическая кинетика и расчеты промышленных
реакторов / С. Вэйлас. – М. : Химия, 1967. – 426 с.
4 Гордеев Л.С. Оптимизация процессов химической технологии
/ Л.С. Гордеев, В.В. Кафаров, А.И. Бояринов. – М. : МХТИ им.
Д.И.Менделеева, 1972. – 356с.
5 Кутепов А.М. Общая химическая технология / А.М. Кутепов,
Т.И. Бондарева, М.Г. Беренгартен. – М. : Высшая школа, 1990. –
264 с.
6
Мухленов
И.П
Основы
химической
технологии
/ И.П. Мухленов. – М. : Высшая школа, 1991. – 552 с.
7 Амелин А.Г. Общая химическая технология / А.Г. Амелин. –
М. : Химия, 1977. – 288 с.
8 Мухленов И.П. Практикум по общей химической технологии
/ И.П. Мухленов. – М. : Высшая школа, 1979. – 378 с.
9 Мухленов И.П. Расчеты химико-технологических процессов
/ И.П. Мухленов. – Л. : Химия, 1982. – 426 с.
10 Смирнов Н.Н. Химические реакторы в примерах и задачах
/ Н.Н. Смирнов, А.И. Волжанский. – Л. : Химия, 1986. – 368 с.
11 Соколов Р.С. Химическая технология / Р.С. Соколов. – М. :
Гуманит. Изд. Центр ВЛАДОС, 2003. – 704 с.
12 Бескова В.С., Сучкова Е.В. Физико-химические
закономерности химических процессов / В.С. Бескова, Е.В. Сучкова.
– М. : 1999. – 400 с.
13 Мухленов И.П. Химико-технологические системы
/ И.П. Мухленов. – Л. : Химия, 1985. – 260 с.
34
Содержание
1
2
3
4
5
Введение
Общие методические указания
Программа дисциплины «Общая химическая
технология»
Методические рекомендации по выполнению заданий
Примеры расчетов
Варианты контрольных заданий
Литература
35
3
4
6
11
13
20
34
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по УР
____________Пфейфер Н.Э.
"_____"____________2007г.
Составители: старший преподаватель Баймухамбетова М.Г.
старший преподаватель Рыжак Ю.Ф.
Кафедра химических технологий
Утверждено на заседании
Протокол № ____
кафедры
Зав. кафедрой ____________________
от
«____»_________2007г
к.х.н., Мальков И.В.
Одобрены методическим советом биолого-химического факультета
“_____”_________2007г.
Протокол №____
Председатель МС__________________ Жапаргазинова К.Х.
СОГЛАСОВАНО
Декан БХ факультета
__________________ Базарбеков К.У.“____”________ 2007г.
Нормоконтролер ОМК ________________ Баяхметова Г.С.
«_____»_____________2007г.
ОДОБРЕНО УМО
Начальник УМО_______________________ Головерина Л.Т.
“____”_____________2007г.
36