Задание 1 Введение

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ №1
ВВЕДЕНИЕ:
ХИМИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОС ОТХОДАМИ ПРОИЗВОДСТВА.
РАСХОДНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ. ВЫХОД ПРОДУКТА.
МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
Пример1. Запасы угля Боготольского месторождения Канско-Ачинского топливноэнергетического комплекса составляют 6940 млн. т. Определите объем диоксида серы
(н.у.), который будет загрязнять воздух при полном использовании всех запасов этого
угля в качестве энергетического топлива. Массовая доля серы в угле в среднем 0,8%.
Какую массу 100%-ной серной кислоты можно получить из дымовых газов, если бы 15%
всего SO2 удалось уловить?
Решение:
Реакции протекают по уравнениям:
S + O2 = SO2;
2SO2 + O2 = 2SO3;
SO3 + H2O = H2SO4.
Масс серы, вступившей в реакцию, равна:
m(S) = m(S) · ω(S) = 6940 · 109 · 0,008 = 55,52 · 109 кг, где ω(S) – массовая доля серы в
каменном угле.
Количество серы, вступившей в реакцию, равно
ν(S)р = m(S) / M(S) = 55,52 · 109 / 32 = 1,735 · 109 кмоль.
Согласно первому уравнению количество диоксида серы, образующегося в
результате сгорания каменного угля, равно:
ν(SO2)1 = ν(S) = 1,735 · 109 кмоль.
По условию улавливается 15% диоксида серы, поэтому количество диоксида серы,
перерабатываемого в серную кислоту, с учетом его степени улавливания α(SO2) равно:
ν(SO2)2 = ν(SO2)1 · α(SO2) = 1,735 · 109 · 0,15 = 0,26025 · 109 = 260,25 · 106 кмоль.
В соответствии со стехиометрическими коэффициентами в уравнениях реакций:
ν(H2SO4) = ν (SO3) = ν(SO2)2
Таким образом, масса серной кислоты равна:
m(H2SO4) = M(H2SO4) · ν(H2SO4) = 98 · 260,25 · 106 = 25504,5 · 106 кг = 25,505 · 109 кг =
25,505 млн. т.
Ответ: масса серной кислоты, получаемой из улавливаемых дымовых газов,
образующихся при сгорании каменного угля, равна 25,505 млн. т.
Пример2. Рассчитайте расходный коэффициент (Fр) известняка на 1 т негашеной
извести, которая получена путем обжига известняка с массовой долей СаСО 3 0,85. Состав
негашеной извести в долях (масс.): СаО – 0,95; СаСО3 – 0,012; примеси – 0,038.
Решение:
Реакция обжига извести протекает по уравнению:
СаСО3 → СаО + СО2.
Масса чистого вещества оксида кальция в негашеной извести равна:
m(CaO) = М(CaO)·ω(CaO)·= 1∙0,95 = 0,950 т = 0,950∙106 г;
Количество чистого вещества оксида кальция равно:
ν(CaO) = 0,950∙106 / 56 = 16964 моль.
Количество карбоната кальция равно количеству оксида кальция согласно
уравнению реакции
ν(CaСO3) = ν(CaO) = 16964 моль.
Масса карбоната кальция равна:
m(CaСO3) = М(CaСO3) ·ν(CaСO3)·= 16964∙100∙106 = 1,694·106 г = 1,694 т.
Масса известняка составляет
m(известняка) = m(CaСO3) / ω(CaСO3) = 1,6964 / (0,85 – 0,012) = 2,024 т.
В расчете массы известняка учитывается, что неразложившийся карбонат кальция
остается в составе негашеной извести, поэтому доля разложившегося карбоната кальция
будет составлять (0,85 – 0,012)
Fр = m(известняка) / m(извести) = 2,024/1,0 = 2,024 т/т.
Ответ: Расходный коэффициент известняка равен 2,024 т/т.
Пример3. На производство 1 т азотной кислоты с массовой долей HNO3 0,65,
получаемой окислением аммиака NH3, расходуется 186,2 кг NH3. Рассчитайте выход
HNO3 и расходный коэффициент аммиака.
Решение:
Получение азотной кислоты из аммиака протекает в три стадии:
Pt
4NH3 + 5О2  4NO + 6H2О;
2NO + О2 = 2NО2;
4NО2 + О2 + 2H2О = 4HNO3.
Из уравнений реакций следует, что
ν(NH3) = ν(NО) = ν(NО2) = ν(HNO3);
ν(NH3) = ν(HNO3) = m(NH3) / M(NH3) = 186,2 / 17 = 10,953 кмоль;
m(HNO3) = M(HNO3) · ν(HNO3) = 63 · 10,953 = 690 кг.
Массу раствора можно определить, зная массовую долю кислоты в растворе:
m(раствора HNO3) = m(HNO3) / ω(HNO3) = 90 / 0,65 = 1061,6 кг (теоретически)
Практически получена 1 т раствора HNO3 (содержащего 650 кг HNO3).
η (HNO3) = η (раствора HNO3) = (1000/1061,6)·100% = 94,2%
Fр (NH3) = 186,2 / 1000 = 0,186 кг/кг.
Ответ: Выход азотной кислоты равен 94,2%.Расходный коэффициент аммиака
равен 0,186 кг/кг.
Пример 4. Составьте материальный баланс выпаривания раствора аммонийной
селитры NH4NO3 по следующим данным: На выпарку поступает 12 т 70%-ного раствора
селитры, в результате выпаривания получается селитра, содержащая 89% NH4NO3.
Решение:
Масса чистого вещества нитрата аммония в исходном растворе, поступающем на
выпарку, равна:
m(NH4NO3) = mр-ра 1·ω1(NH4NO3) = 12·0,7 = 8,4 т.
Масса воды в этом растворе составляет:
m1(Н2О) = 12 – 8,4 = 3,6 т.
Масса нитрата аммония в растворе остается неизменной, так как в результате
выпаривания из раствора удаляется вода. Масса нитрата аммония в конечном продукте
составляет 89%. Зная это можно вычислить массу всего конечного продукта:
mр-ра 2(после выпаривания) = m (NH4NO3) / ω2(NH4NO3) = 8,4 / 0,89 = 9,438 т.
Масса воды в конечном продукте составляет:
m2(Н2О) = 9,438 – 8,4 = 1,038 т.
По разности масс растворов можно определить, сколько было выпарено воды.
m(Н2О пар) = mр-ра 1 – mр-ра 2 = 12,0 – 9,438 = 2,562 т.
В «Приход» записываем массу NH4NO3 и массу воды. В «Расход» записываем
массу NH4NO3, массу воды, оставшейся в растворе, и массу образовавшегося водяного
пара.
Приход:
Расход:
m(NH4NO3) = 8400 кг
m(NH4NO3) = 8400 кг
m1(Н2О) = 3600 кг
m2(Н2О) = 1038 кг
m(Н2О пар) = 2562 кг
Всего:
Ответ:
12000 кг
Всего:
12000 кг
Масса исходных веществ равна 12000 кг. Масса выпаренной воды и
конечного продукта также равна 12000 кг.
Пример 5. Определите производительность (в кг/час) печи для сжигания серы при
ее производительности по сере 60 т/сут и составьте материальный баланс. Степень
превращения серы 0,95 (остальная сера возгоняется и сгорает вне печи). Коэффициент
избытка воздуха α = 1,5.
Решение:
Реакция протекает по уравнению:
S + O2 = SO2;
ΔН < 0
Производительность печи в час
П = 60 ∙ 1000 / 24 = 2500 кг/час.
Масс серы, вступившей в реакцию, равна:
m(S)р = m(S) · β(S) = 2500 ∙ 0,95 = 2375 кг, где β(S) – степень превращения серы.
Тогда в виде паров неокисленной серы осталось m(S) · [1 – β(S)] = 2500 ∙ 0,05 = 125 кг
Количество серы, вступившей в реакцию, равно
ν(S)р = m(S) / M(S) = 375 / 32 = 74,22 кмоль.
Количество диоксида серы, образовавшегося по реакции, равно количеству серы,
вступившей в реакцию:
ν(SO2)р = ν(S)р = 74,22 кмоль;
m(SO2)р = M(SO2) · ν(SO2)р = 64 · 74,22 = 4750 кг
Количество кислорода, необходимого для сжигания серы равно количеству серы
согласно уравнению реакции. С учетом коэффициента избытка ν(O2)общ = ν(S)р · α(O2).
Тогда масса кислорода, необходимого для сжигания серы, с учетом коэффициента
избытка равна:
m(O2)общ = M(O2) · ν(O2)р = M(O2) · ν(S)р · α(O2) = 32 ∙ 74,22 ∙ 1,5
Объем кислорода, необходимого для сжигания серы, равен:
V(O2)общ = Vм · ν(S)р · α(O2) = 22,4 ∙ 74,22 ∙ 1,5 = 2493,8 м3.
= 3562,5 кг.
Объем азота, входящего в состав воздуха составит:
V(N2) = [V(O2) / φ(N2)] φ(O2) = 0,79 ∙ V(O2) / 0,21 = 9381,4 м3.
Масса азота, входящего в состав воздуха составит:
m (N2) = М(N2) · ν(N2) =· М(N2) ∙ V (N2) / Vм = 28 · 9381,4 / 22,4 = 11726,76 кг.
Массу азота рассчитывают, поскольку азот входит в состав воздуха и поступает в
печь вместе с кислородом. Азот проходит через печь «транзитом», не вступая ни в какие
химические реакции, поэтому его масса остается постоянной. Однако эту массу
необходимо знать для расчета мощности насосов, подающих воздух в печь.
Масса кислорода, оставшегося в избытке:
m(O2) изб = 3562,5 ∙ 0,5 / 1,5 = 1187,5 кг.
Вещества. взятые для осуществления процесса, записываем в столбец
«Приход». Вещества, образовавшиеся в результате реакции, не вступившие в реакцию, а
также оставшиеся в избытке, записываем в столбец «Расход».
Приход:
Расход:
m(S)р = 2500 кг
m(О2)общ = 3562,5 кг
m(N2) = 11726,76 кг
m(S)ост = 125 кг
m(SO2) = 4750 кг
m(О2)изб = 1187,5 кг
m(N2) = 11726,76 кг
Всего:
Всего:
17789,26 кг
17789,26 кг
Ответ: Масса исходных веществ равна 17789,2 кг. Масса продукта реакции –
диоксида серы, недоокисленной серы, избыточного кислорода и азота также равна
17789,26 кг.
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
1 ХИМИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОС ОТХОДАМИ ПРОИЗВОДСТВА
1.1. Определите, какую массу пыли за год рассеет на прилегающих площадях ТЭС
мощностью 0,5 млн. кВт, работающая на буром угле Канско-Ачинского топливноэнергетического комплекса, если ее КПД 15%. Потери с уносом составляют 1,5% от массы
угля. Сколько ж/д вагонов грузоподъемностью 60т необходимо для перевозки этой пыли?
Теплота сгорания угля данного месторождения 16960 кДж/кг.
1.2. На нефтеперерабатывающем заводе из-за неплотности соединения коммуникаций иногда происходит утечка бензина. Каковы будут потери бензина в месяц и в год при
утечке одной капли бензина в секунду, если объем капли составляет 0,5 мл? Сколько км
мог бы проехать автомобиль в месяц и в год на потерянном топливе при его расходе 15л
на 100км?
1.3.
Ориентировочные
расчеты
показывают,
что
только
на
крупных
электростанциях страны в зольных отходах накапливается ежегодно около 3 млн.т Fe2O3.
Такую золу можно было бы использовать как потенциальное сырье. Сколько чугуна
можно было бы получить при использовании 10-летних запасов золы ТЭС? Суммарные
потери в производстве составляют 25%, примеси в чугуне – 5%(масс.).
1.4. Какая масса известняка, потребуется для связывания диоксида серы,
образующегося при сгорании 1 т нефти с массовой доле серы 1,7%, если эффективность
улавливания SO2 составляет 22%? С диоксидом серы реагирует негашеная известь,
образующаяся при разложении известняка. Массовая доля CaCO3 в известняке равна 90%,
а CaO в негашеной извести 85%.
1.5. Производство цинка в США в среднем составляет 600 тыс. т в год. Полагая, что
весь цинк получают из цинковой руды, содержащей сульфид цинка, рассчитайте массу
диоксида серы, которая может быть выброшена с дымовыми газами в атмосферу.
Обогащенная цинковая руда содержит 48% (масс.) цинка. Выход цинка составляет 80%.
1.6. В процессе выплавки меди из Cu2S образуется диоксид серы. Если предположить, что ежегодно получают 1,6 млн. т меди, то какая масса диоксида серы при этом
выделяется в атмосферу? Степень улавливания SO2 составляет 50%.
1.7. ТЭС мощностью 100МВт потребляет в сутки около 7500 т угля, содержащего
3,8% серы. Сколько диоксида серы в год выбрасывает такая станция в атмосферу при
отсутствии системы очистки дымовых газов и полном сгорании серы?
1.8. Запасы угля некотрого месторождения составляют 6,0 млн. т. Определите
объем диоксида серы (н.у.), который будет загрязнять воздух при полном использовании
всех запасов этого угля в качестве энергетического топлива. Массовая доля серы в угле в
среднем 1,2%. Какую массу 100%-ной серной кислоты можно получить из дымовых газов,
если бы 20% всего SO2 удалось уловить?
1.9. ТЭС работает на каменном угле, содержащем 1,65 серы и 6,5% несгораемых
примесей. Среднесуточный объем облачности над станцией составляет 20 км3, а
содержание сернистой кислоты в облаках 0,20 мг/м3. Считая станцию единственным
загрязнителем атмосферы, определите, сколько тонн шлаков вывозится на свалку
ежедневно.
1.10. Кислые сточные воды содержат 4,9г/л серной кислоты. Определите массу
негашеной извести, необходимую для нейтрализации 500м3 сточных вод, если содержание
CaO в товарном продукте равно 50%. Рассчитайте массу образующегося осадка.
1.11. Отходы производства содержат 1% (масс.) H2SO4 (ρ = 1,05 г/мл). Определите
объем 0,10%-ного раствора Са(ОН)2, необходимого для нейтрализации 10 т отходов,
содержащих H2SO4. Рассчитайте массу образующегося осадка.
1.12. Определите массу никеля (кг), рассеивающегося за год в окружающую среду
со сточными водами предприятия (50000м3), если предварительно проводится осаждение
никеля 5%-ной суспензией Ca(OH)2. Плотность суспензии примите равной 1000 кг/м3.
Рассчитайте массу образующегося осадка Ni(OH)2.
1.13. Для удаления фосфатов из сточных вод используют их осаждение с помощью
Al2(SO4)3. Концентрация фосфат-ионов в сточных водах равна 0,003% (масс.).
Определите, какую массу Al2(SO4)3 необходимо
закупать каждый год для обработки
сточных вод, расход которых составляет 40 л/с. Определите массу осадка AlPO4,
образующегося при полном осаждении фосфат-ионов.
1.14. Сточные воды одного из цехов содержат 12,6 г/л хлорида марганца (II). Объем
стоков равен 200м3. Для осаждения марганца используется 1н. раствор щелочи.
Определите объем раствора щелочи, необходимый для осаждения марганца. Вычислите
массу образующегося осадка, принимая во внимание, что гидроксид марганца(II)
окисляется кислородом, растворенным в воде, до MnO2·H2O.
1.15. Сточные воды гальванического цеха содержат 500 мг/л цианид-ионов. Какой
объем ( при 200 C) озоно-кислородной смеси с массовой долей озона 3% (об.) потребуется
на обработку 500м3 сточных вод. Реакция протекает по уравнению:
CN- + O3 = CNO- + O2.
2 РАСХОДНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ. ВЫХОД ПРОДУКТА
2.1. Определите расходные коэффициенты сырья в производстве карбида кальция,
содержащего 90% CaC2, если сырье – антрацит марки АК с содержанием углерода 96%,
негашеная известь с содержанием CaO 85%.
2.2. Рассчитайте выход этанола на пропущенный этилен при условии многократной
циркуляции этилена, если практический расходный коэффициент этилена равен 0,65 т на
1 т этанола.
2.3. Вычислите теоретические расходные коэффициенты для получения 1 т 30%ной хлороводородной кислоты сульфатным методом. Брутто-уравнение реакции:
2NaCl + H2SO4 = Na2SO4 + 2HCl.
2.4. Определите расходный коэффициент технического этаналя (99%-ной)чистоты)
для получения 1т уксусной кислоты по уравнению:
CH3CHO + 0,5O2 = CH3COOH,
если выход кислоты по альдегиду равен 93,5%.
2.5. Определите расходные коэффициенты сырья для производства 1 т ортофосфата
аммония (NH4)3PO4, если исходные продукты 55%-ная ортофосфорная кислота и 9%-ный
аммиак, содержащий 2% влаги.
2.6. Вычислите расходные коэффициенты на 1 т диоксида серы, если содержание
серы в руде серного колчедана 45%, влаги – 1,5%, воздух на обжиг колчедана подают с
избытком в 1,5 раза. Обжиг серного колчедана осуществляется по уравнению:
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2.
2.7. Рассчитайте расход серного колчедана, содержащего 40% серы, на 1 т серной
кислоты, если потери серы и оксида серы (IV) в процессе обжига руды (см. задачу 2.6)
составляют 3%, а степень абсорбции оксида серы (VI) по реакции SO3 + H2O = H2SO4
равна 99%.
2.8. Определите расходный коэффициент фосфорита с массовой долей Ca3(PO4)2
80% для получения 1 т двойного суперфосфата с массовой долей Ca(H2PO4)2 90%. Бруттоуравнение реакции:
Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 = Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4.
2.9. Рассчитайте расходный коэффициент известняка с массовой долей CaCO3 89%
для получения негашеной извести с массовыми долями: CaO – 94%, CaCO3 (недопал) –
1,2%, примеси – 4,8%.
2.10. Химический состав оконного стекла Na2O·CaO·6SiO2. Оксид натрия
образуется при разложение соды, оксид кальция – при разложении известняка, оксид
кремния – из песка. Рассчитайте теоретические расходные коэффициенты сырья для
производства 1 т стекла, если используется сода с массовой долей Na2CO3 93,8%,
известняк с массовой долей CaCO3 90,5%, песок с массовой долей SiO2 99%. Бруттоуравнение реакции, протекающей при варке стекла:
Na2CO3 + CaCO3 + 6SiO2 = Na2O·CaO·6SiO2 + 2CO2.
2.11. Чугун выплавляется из бурого железняка Fe2O3·H2O, магнитного железняка
Fe3O4, лимонита 2Fe2O3·3H2O или гетита 2Fe2O3·2H2O. Вычислите теоретические
расходные коэффициенты этих руд, если массовая доля железа в чугуне 92%. Допускаем,
что пустая порода в рудах отсутствует.
2.12.Определите
расходные
коэффициенты
сырья
для
производства
1
т
технического карбида кальция, имеющего следующий состав в массовых долях: CaC2 –
0,78, CaO – 0,15%, C – 0,03, другие примеси – 0,04. Массовая доля CaO в негашеной
извести составляет 0,965. Массовые доли примесей в коксе: зола – 0,04, летучие вещества
– 0,04, влага – 0,03. Брутто-уравнение реакции:
CaO + 3C = CaC2 + 5CO.
2.13. Рассчитайте расход аммиака и воздуха на 1 т моногидрата азотной кислоты
HNO3·H2O. Степени превращения аммиака в оксид азота (II) и оксида азота (II) в оксид
азота (IV) равны 0,96, а степень абсорбции оксида азота (IV) водой – 0,98. Расход воздуха
учитывается без избытка.
2.14. Определите расход технического карбида кальция, содержащего 83% CaC2, для
получения 1000м3 (н.у.) ацетилена C2H2, если степень использования карбида кальция по
уравнению:
CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2
составляет 88%.
2.15. Рассчитайте расходный коэффициент природного газа, содержащего 97% (об.)
метана, при получении 1 т уксусной кислоты. Процесс протекает в три стадии: 1) электротермический крекинг метана; 2) гидратация ацетилена по реакции Кучерова; 3) окисление
этаналя. Уравнения соответствующих реакций:
2CH4 = C2H2 + 3H2;
C2H2 + H2O = CH3COH;
CH3COH + 0,5O2 + CH3COOH.
Выход ацетилена из метана составляет 15% от теоретически возможного, этаналя
из ацетилена – 60%, уксусной кислоты из этаналя – 90% (масс.).
2.16. При обжиге 1 т известняка образуется 168м3 диоксида углерода. Содержание
карбоната кальция в известняке равно 94,5%. Определите степень диссоциации и расход
известняка при заданных условиях. Определите расход известняка при полном
разложении карбоната кальция.
2.17. Рассчитайте расход реагентов на 1 т фосфора при восстановлении его из
фосфоритного концентрата, если процесс может быть описан следующим суммарным
уравнением:
Ca3(PO4)2 + 5C + 3SiO2 = 3СaSiO3 + 2P + 5CO.
Содержание Ca3(PO4)2 в концентрате 54,6%. Кокс содержит 94,5% углерода. Выход
фосфора составляет 85%.
2.18. Рассчитайте расход сульфата натрия (содержание Na2SO4 95%) и электролитического водорода (содержание Н2 97% по массе) на 1т технического сульфида натрия
(содержание Na2S 96%).
Реакция протекает по уравнению:
Na2SO4 + 4Н2 = Na2S + 4 H2O.
На побочные реакции расходуется 2% сульфата натрия и водорода от теоретически
необходимого количества для получения 1 т технического продукта.
2.19. Сколько можно получить 20%-ной аммиачной воды из 1 т угля при его
коксовании, если содержание азота в угле 1%, а до аммиака восстанавливается только
20% этого количества?
2.20. В производстве гипохлорита кальция Ca(ClO)2 используется газ, содержащий
8% (об.) хлора. Давление газа 0,1МПа, температура 250С. Определите выход гипохлорита
кальция, отнесенный к 100м3(н.у.) исходного газа, считая абсорбцию хлора полной.
Реакция протекает по уравнению:
2Ca(OH)2 + 2Cl2 = CaCl2 + Ca(ClO)2 + 2H2O.
3 МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС
3.1. Составьте материальный баланс процесса упаривания 100 т раствора NaOH,
если первоначальная концентрация его была 15%-ной, а упаренного раствора – 60%- ной.
Потери при упаривании составляют 0,3%.
3.2. Составьте материальный баланс процесса получения 1 т карбида кальция,
содержащего 90% CaС2. Сырье – антрацит марки АК с содержанием 96% углерода и
негашеная известь , содержащая 85% CaO.
3.3. Составьте материальный баланс производства 1 т чистого метанола, если
исходная смесь газов состоит только из СО и Н2 в соотношении 1:2; конверсия синтез газа
– 20%. Выход метанола составляет 87% от теоретического.
3.4 Составьте упрощенный материальный баланс производства 1 т уксусной
кислоты ( без учета побочных реакций), если выход кислоты по реакции:
CH3COH + 0,5O2 + CH3COOH
составляет 96% от теоретического, Технический этаналь 99%-ной чистоты реагирует на
98%; кислород связывается на 98%.
3.5. Над оксидом свинца массой 50 г пропущено оксида углерода (II) объемом
0,005м3 плотностью 1,25 г/л. Из общего количества свинца восстанавливается 98%.
Составьте материальный баланс восстановления оксида свинца до металлического свинца.
Реакция протекает по уравнению:
PbO + CO = Pb + CO2.
3.6. Составьте материальный баланс синтеза 1 т аммиака из чистой азотоводородной смеси со стехиометрическим соотношением компонентов при выходе
продукта 95%.
3.7. На синтез поступило 284 кг аммиака, из которого получено 1,14м3 азотной
кислоты с массовой долей вещества HNO3 62,23% плотностью 1,390 кг/м3. Определите
выход азотной кислоты. Составьте материальный баланс процесса.
3.8. Составьте материальный баланс окисления 1 т аммиака, полагая, что окисление
полное. Уравнение реакции:
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O.
Следует отметить, что 2% аммиака окисляется только до молекулярного азота по
реакции:
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O.
Объемная доля аммиака в аммиачно-воздушной смеси 0,11. Объемная доля
кислорода в воздухе 0,2095.
3.9. Вычислите объем аммиачно-воздушной смеси и составьте материальный
баланс окисления аммиака объемом 1000м3 (ρ = 0,77 кг/м3). Сырьем является аммичновоздушная смесь с объемной долей аммиака 0,115. Выход оксида азота (II) составляет 97%
(масс.). Остальная часть аммиака окисляется до молекулярного азота. Объемная доля
кислорода в воздухе 0,2095.
3.10. Составьте материальный баланс процесса нейтрализации азотной кислоты
аммиаком на 1 т нитрата аммония. Концентрация азотной кислоты 55%, газообразного
аммиака – 100%, нитрата аммония –85%. Потери аммиака и азотной кислоты – по 1%.
3.11. Составьте материальный баланс получения 1 т раствора аммонийной селитры
с массовой долей NH4NO3 64%. Исходным сырьем являются : азотная кислота с массовой
долей HNO3 47% и аммиак, не содержащий примесей.
3.12. Составьте материальный баланс получения 1 т раствора аммонийной селитры
с массовой долей NH4NO3 66%. Исходное сырье: азотная кислота с массовой долей HNO3
48%, аммиак с массовой долей NH3 97%.
3.13. При электрокрекинге природного газ (плотностью 0,709кг/м3) с мольной
долей азота 0,02 и мольной долей метана 0,98 получается газ с молярной долей ацетилена
0,15. Брутто уравнение реакции:
2СH4 = С2H2 + 3H2.
Составьте материальный баланс процесса на 1000м3(н.у.) исходного природного
газа без учета побочных реакций.
3.13. Составьте материальный баланс осушения воздуха объемом 25300 м3/ч,
поступающего в форсуночную печь сжигания серы. Температура воздуха 20 0С. Для
осушения применяют 98%-ную серную кислоту, которая разбавляется до 96%-ной.
Содержание насыщенного водяного пара в воздухе при 200С равно 17,3 г/м3. Считайте,
что влага удаляется из воздуха полностью.
3.14. Составьте упрощенный материальный баланс производства 1 т этанола
прямой гидратацией этилена:
C2H4 + H2O = C2H5OH.
Состав исходной парогазовой смеси (% по объему): этилен 20; водяной пар 40.
Степень гидратации этилена 5%. Побочные реакции и давление не учитывайте.
3.15. Над оксидом меди (II) массой 50 г, находившимся в нагретой трубке,
пропустили водород объемом 0,011 м3. В результате реакции образовались вода массой
8,8 г и медь. Составьте материальный баланс процесса.
3.16. Составьте материальный баланс синтеза 1 т аммиака из чистой азотоводородной смеси со стехиометрическим соотношением компонентов при выходе
продукта 95%.
3.17. Составьте материальный баланс производства 1000 м3 (р.у.) хлора методом
электролиза водного раствора хлорида натрия. Брутто-уравнение реакции:
2NaCl + 2 H2O = 2NaOH + Cl2 + H2.
Концентрация NaCl
в растворе 310 г/л. Плотность раствора при условиях
электролиза 1,17 кг/л. Степень разложения NaCl 50%. Побочные процессы не учитывайте.
3.18. Составьте материальный баланс производства 1 т оксида этилена прямым
каталитическим окислением этилена воздухом. Состав исходной газовой смеси (% об.):
этилен – 3; воздух – 97.
3.19. Составьте материальный баланс окислений сероводорода, выделяемого из
горючих газов, в диоксид серы кислородом воздуха с его избытком, равным 1,3. Состав
исходной газовой смеси (% масс.):H2S – 88; CO2 – 10; H2O(пар) – 1,5. Диоксид углерода и
водяной пар остаются неизменными.
3.20. Составьте материальный баланс контактного аппарата для каталитического
окисления диоксида серы, производительность которого равна 2500м3/ч исходного газа,
если состав газовой смеси следующий (% об.): SO2 – 9; O2 – 11; N2 – 80.Степень
превращения диоксида серы 88%.
3.21. Составьте материальный баланс контактного аппарата для каталитического
окисления диоксида серы, производительность которого равна 10000м3/ч исходного газа,
следующего состава (% об.): SO2 – 8,5; O2 – 12,5; N2 – 79. Степень окисления диоксида
серы в триоксид серы равна 98%.
3.22. Составьте материальный баланс нитратора производительностью 3 т/ч нитробензола. Выход нитробензола составляет 98% теоретического. Состав нитрующей смеси
(%масс.): HNO3 – 20; H2SO4 – 60; H2O – 20. Расход нитрующей смеси составляет 4 кг на 1
кг бензола.