Методика решения задач по теоретическим основам химической технологии (стр. 10 из 16)
Решение:
Определим степень превращения. Для этого количество непрореагировавшего спирта, оставшегося после реакции, 0,6 кмоль необходимо вычесть из его начального количества 3,2 кмоль. Подставив данные значения в формулу (2.1) получим:
Рассчитаем селективность по формальдегиду. Общее количество полученных продуктов равно сумме количества формальдегида 1,8 кмоль и количества продуктов 0,8 кмоль.
Найдем выход продукта формальдегида.
Ответ:
= 0,81, φ(НСНО)= 0,69, η(НСНО)= 56%Задачи для самостоятельного решения
1. Рассчитать основные технико-экономические показатели получения синтетического аммиака:
а) расходный коэффициент сырья по Н2 и N2 (в м3) на 1т аммиака.
Б) выход аммиака
в) производительность завода.
Г) интенсивность процесса синтеза аммиака в т/м3 полезного объема колонки в сутки. На 1т аммиака практически расходуется 3000 нм3 азотоводородной смеси, теоретически 2635 нм3. 5 колонок с высотой 0,36 м.
2. Вычислить расходный коэффициент на 1т СН3СООН для СаС2, содержит 65% СаС2, если выход С2Н2 97%, уксусного альдегида 95% и СН3СООН 96%.
3. Вычислить количество аммиака и СО2 (в кг) израсходованных на производство мочевины. Потери мочевины 5% избыток аммиака 100%, степень превращения карбомата аммония мочевину 75%
4. При окислительном дегидрировании метилового спирта протекают одновременно две реакции: дегидрирование и окисление метанола. Выход формальдегида 90% при степени конверсии метанола 65%. Вычислите расход метанола на 1т формальдегида.
5. Производительность мечи для обжига серного колчедана составляет 30т в сутки. Выход SО2- 97,4% от теоретического. Сколько тонн SО2 производит печь в сутки, если содержание серы в колчедане 42,4%?
6. Печь для варки стекла, производящая в сутки 300т стекломассы имеет ванну длиной 60м, шириной 10м и глубиной 1,5 м. Определить:
а) годовую производительность, если 15 суток печь находится на ремонте
б) интенсивность печи за сутки работы.
В) количество листов оконного стекла за из свариваемой стекломассы (стандарт. Лист 1250 * 700 * 2 мм и плотность 2500 г/м3)
7. При прямой гидратации этилена наряду с основной реакцией присоединения Н2О протекают побочные реакции. Так 2% (от массы) этилена расходуется на образование простого диэтилового эфира, 1% ацетальдегида, 2% низкомолекулярного жидкого полимера. Общий выход спирта при многократной циркуляции сост. 95%. Напишите уравнению химической реакции образовавшихся выше перечисленных соединений и подсчитайте расход этилена на 1т этилового спирта, и сколько диэтилового эфира может при этом получится.
8. Шахтная печь для получения оксида кальция имеет в среднем высоту
14 м и диаметр 4 м; выход оксида кальция составляет 600- 800 кг на 1 м3 печи в сутки. Определите суточный выход оксида кальция.
9. Производительность печи для обжига колчедана составляет 30 т колчедана в сутки. Колчедан содержит 42,2% серы. Воздух расходуется на 60% больше теоретического. Выход сернистого газа составляет 97,4%.
Вычислить а) содержание колчедана FеS2 (в%); б) объем и состав газовой смеси, выходящей из смеси за 1 час; в) массу оставшегося в печи огарка; г) массу оставшегося в печи не прореагировавшего FeS2.
10. Протекают две параллельные реакции 2А → С и А → 3В. Определите выход продукта С, степень превращения реагента А и селективность по продукту В, если на выходе из реактора известно количество веществ ν(А) = 2 моль, ν(С)=ν(В)=3 моль.
3.3 Задачи с экологическим содержанием
Охрана воздушного и водного бассейнов, защиты почв, сохранение и воспроизводство флоты и фауны – важные проблемы современности. В нашей стране разработано несколько общих направлений защиты биосферы от промышленных выбросов: создание безотходных технологий, замкнутых систем производств, основанный на полном комплексном использовании сырья; уменьшение объема промышленных стоков путем создания бессточных производств; проведение мероприятий по уменьшению загрязнения биосферы газообразными выбросами сжигания топлива; разработка методов утилизации; и обезвреживания производственных отходов и выбросов на действующих предприятиях.
Экологическая химия – наука, изучающая основы экологических явлений и химических процессов, происходящих в природе. В данном разделе применяются основные законы и формулы, применяемые для расчета массы, количества вещества, объема, концентрации, в том числе и для определения предельно-допустимых концентраций.
Предельно-допустимая концентрация (ПДК) – это такая концентрация, которая не оказывает на живые организмы прямого или косвенного влияния, не снижает его работоспособность, самочувствие. Основной задачей газоочистки и очистки сточных вод служит доведение содержания токсичных примесей в газах и сливных водах до ПДК установленных санитарными нормами. При невозможности достигнуть ПДК путем очистки иногда применяют многократное разбавление токсичных веществ или выброс газов через высокие дымовые трубы для рассеивания примесей в верхних слоях атмосферы. Для санитарной оценки среды используют несколько видов ПДК.
- ПДК воздушной среды;
- ПДК водной среды;
- ПДК почвы.
Для определения предельно-допустимой концентрации применяют следующую формулу:
,
где Сm– предельно-допустимая концентрация, m – масса токсичного соединения,
V – объем, в котором присутствует соединение данной массы.
Теоретическое определение концентрации примесей в нижних слоях атмосферы в зависит от высоты трубы. Высота трубы, от которой зависит содержание примесей в приземном слое воздуха, рассчитывается по эмпирической формуле:
где М – количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу, г/с; V– объем выбрасываемых газов, м3 /с; ∆Т– разность между температурами выходящих газов и окружающего воздуха, ◦С;N – число труб, через которые выводятся отходные газы.
Предельно допустимый выброс (ПВД) вредных примесей в атмосферу, обеспечивающий концентрацию этих веществ в приземном слое воздуха не выше ПДК, рассчитывается по формуле
где А – коэффициент, определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в воздухе; F- коэффициент, учитывающий скорость седиментации вредных веществ в атмосфере; m- коэффициент, учитывающий условия выхода газа из устья трубы. Коэффициент m может быть вычислен по формуле
где v –средняя скорость газа на выходе из трубы, м/с; d - диаметр трубы, м.
Примеры решения задач.
1. В настоящее время муравьиную кислоту получают из природного газа путем каталитического окисления содержащегося в нем метана. Вычислите объем природного газа (и. у.), необходимого для получения муравьиной кислоты массой 69 т, если объемная доля метана в нем равна 0,95. Определите преимущества данной технологии по сравнению с методом получения муравьиной кислоты путем разложения формиата натрия серной кислотой при охлаждении раствора.
Решение:
СН4 + 3[О] →НСООН+Н2О
ν(НСООН) =
= 
=1,5*106 моль;V(СН4) =ν*Vm= 1,5*106 моль*22,4 л/моль=33,6*105 л.
V(природного газа)=33,6* 106 л: 0,95=35,37*106 л=35,37*103 м3
Ответ: объем природного газа равен 35,37*103 м3.
Современный способ получения муравьиной кислоты дает экономическую выгоду, так как его использование уменьшает расход ценного сырья. Экологическая выгода заключается в том, что если природный газ используют без предварительной переработки, то это вызывает попадание в атмосферу большого количества продуктов его сгорания: оксидов серы, азота, углерода, которые загрязняют окружающую среду. Данная технология получения муравьиной кислоты имеет также преимущества в сравнении с синтезом кислоты из формиата натрия, который осуществляется в несколько стадий и дает в качестве побочных продуктов производства соли серной кислоты, кислотные и щелочные сточные воды.
Природный газ данного объема почти полностью расходуется на получение муравьиной кислоты. Следовательно, выброс отходов производства в окружающую среду уменьшается по сравнению с методом получения ее разложением формиата натрия, так как используется малоотходная технология.
2.В сточных водах химико-фармацевтического комбината был обнаружен хлорид ртути HgCl2, концентрация которого составила 5 мг/л. Для его очистки решили применить метод осаждения. В качестве осадителя использовали сульфид натрия (Na2S) массой 420 г. Будут ли достаточно очищены сточные воды, чтобы допустить их сброс в соседний водоем, содержащий 10 000 м3 воды?
ПДК (HgCl2) = 0,0001 мг/л. Объем сточных вод 300 м3