Основы химической технологии (стр. 1 из 6)

Министерство по образованию и науке РФ

Бийский технологический институт

(Филиал государственного образовательного учреждения высшего и профессионального образования)

"Алтайский государственный технический университет имени И.И. Ползунова" (БТИ Алт ГТУ)

Кафедра ТГВ ПАХТ

Контрольная работа

по курсу "Общая химическая технология"

Выполнила:

студентка группы ХТПК – 71

Диго Т.А.

Проверил:

доцент, к. т. н. Багров Г.В.

2010

Задача 1

Составить материальный баланс нитратора, производительностью 3 т/ч нитробензола. Выход нитробензола 98% от теоретического. Состав нитрующей смеси [%(мас)]: HNO₃ – 20, H₂SO₄ – 60, H₂O – 20. Расход нитруюшей смеси 4 кг на 1 кг бензола: С₆Н₆+НNI₃=C₆H₅-NO₂+H₂O

1 Изобразим процесс на схеме

Рисунок 1- Схема входящих и выходящих материальных потоков

2 Определим молекулярные массы веществ

µ(С₆Н₆) = 78 кг/кмоль; µ(C₆H₅-NO₂) = 125 кг/кмоль; µ(HNO₃) = 63 кг/кмоль; µ(H₂O) = 18 кг/кмоль.

3 Составим приходную часть материального баланса

3.1 Определим количество бензола необходимого для получения 3000 кг/ч C₆H₅-NO₂

76 – 123

х – 3000

х = GС₆Н₆ теор = (3000*78)/123 = 1902 кг/ч

GС₆Н₆ действ = С₆Н₆ / 0,98

GС₆Н₆ действ = 1902/ 0,98= 1941 кг/ч

3.2 Определим количество нитрующей смеси

Gнитр смеси = 4 * GС₆Н₆ действ

Gнитр смеси = 4 * 1941= 7764 кг/ч

3.3 Определим количество азотной кислоты

GHNO₃ вх = 0,2 * Gнитр смеси

GHNO₃ вх = 0,2 * 7764 = 1553 кг/ч

3.4 Определим количество воды на входе

GH₂Oвх = 0,2 * Gнитр смеси

GH₂Oвх = 0,2 * 7764 = 1553 кг/ч

3.5 Определим количество серной кислоты

GH₂SO₄ вх = 0,6 * Gнитр смеси

GH₂SO₄ вх = 0,6 * 7764 = 4659 кг/ч

4 Составим расходную часть материального баланса

4.1 Определим количество бензола

GС₆Н₆ вых = GС₆Н₆ теор – GС₆Н₆ действ

GС₆Н₆ вых = 1941 – 1902 = 39 кг/ч

4.2 Определим количество азотной кислоты

GHNO₃ вых = GHNO₃ вх – GHNO₃ хр

63 – 123

х – 3000

х = GHNO₃ хр = 63 * 3000/123 = 1537 кг/ч

GHNO₃ вых = 1553 – 1537 = 16 кг/ч

4.3 Определим количество воды

GН₂Овых = GН₂Овх + GН₂О хр

18 – 123

х – 3000

х = GН₂О хр = 18*3000/123 = 439 кг/ч

4.4 Определим количество серной кислоты

Серная кислота выступает в качестве водоотнимающего средства. Следовательно,

GН₂SO₄ вых = GН₂SO₄ вх

GН₂SO₄ вых = 4659 кг/ч

5 Составим итоговую таблицу

Таблица 1 – Итоговый баланс нитратора

Потоки	Приход, кг/ч	Расход, кг/ч
С6Н6	1941	39
HNO3	1553	16
H2O	1553	1992
H2SO4	4659	4659
C6H5-NO2	-	3000
Итого	9706	9706

Задача 2

Рассчитать материальный баланс нейтрализатора для получения аммиачной селитры, производительностью 20 т/ч. В производстве применяется 47% азотная кислота HNO₃ и 100% газообразный аммиак NH₃. Потеря HNO₃ и NH₃ в производстве составляет 1% от теоретически необходимого количества, для обеспечения заданной производительности. Из нейтрализатора аммиачная селитра составляет 60% раствора NH₄NO₃ в воде. Определить количество влаги, испарившейся в результате экзотермической реакции нейтрализатора.

1 Изобразим процесс на схеме

Рисунок 2- Схема входящих и выходящих материальных потоков

2 Определим молекулярные массы веществ

µ(NH₄NO₃) = 80 кг/кмоль; µ(NH₃) = 17 кг/кмоль; µ(HNO₃) = 63 кг/кмоль; µ(H₂O) = 18 кг/кмоль.

3 Составим приходную часть материального баланса

3.1 Определим количество аммиака, необходимого для получения аммиачной селитры

17 - 80

х – 20000

х = GNH₃ хр = 17*20000/80 = 4250 кг/ч

GNH₃ вх = GNH₃ хр/0,99 = 4293 кг/ч

3.2 Определим количество азотной кислоты

63 – 80

х – 20000

х = GHNO₃ хр = 63*20000/80 = 15750 кг/ч

GHNO₃ вх = GHNO₃ хр/0,99 = 15909 кг/ч

3.3 Определим количество воды

15909 – 0,47

х – 0,53

х = GH₂Oхр = 15909*0,53/0,47 = 17740 кг/ч

4 Составим расходную часть материального баланса

4.1 Определим количество азотной кислоты

GHNO₃ вых = GHNO₃ вх – GHNO₃ хр

GHNO₃ вых = 15909 – 15750 = 159 кг/ч

4.2 Определим количество аммиака

GNH₃ вых = GNH₃ вх -GNH₃ хр

GNH₃ вых = 4293 – 4250 = 43 кг/ч

4.3 Определим количество воды

20000 – 0,6; х – 0,4; х = GH₂Oвх = 20000*0,4/0,6 = 13333 кг/ч

GH₂Oвых = GH₂Oхр - GH₂Oвх

GH₂Oвых = 17740 – 13333 = 4407 кг/ч

5 Составим итоговую таблицу

Таблица 2 – Итоговый баланс нейтрализатора

Потоки	Приход, кг/ч	Расход, кг/ч
NH3	4293	43
HNO3	15909	159
H2O	17740	13333
H2Oпар	-	4407
NH4NO3	-	20000
Итого	37942	37942

Задача 3

Составить материальный баланс контактного аппарата для каталитического окисления SO₂ в SO₃ производительностью 10 000 м³/ч исходного газа следующего состава [%(об.)]: SO₂-8,5; О₂-12,5; N₂-79 . Степень окисления SO₂ в SO₃ составляет 98%

(SO₂+1/2О₂SO₃).

1 Изобразим процесс на схеме

Рисунок 3 - Схема входящих и выходящих потоков в контактном аппарате

2 Определим молекулярные массы веществ

µ(SO₂) = 64,06 г/моль; µ(О₂) = 32 г/моль; µ(SO₃) = 80,06 г/моль; µ(N₂) = 28 г/моль.

3 Составим приходную часть материального баланса

3.1 Определим количество SO₂ на входе

м³/ч (0,236 м³/с)

кг/ч (0,675 кг/с)

3.2 Определим количество O₂ на входе

;

м³/ч (0,347 м³/с);

;

кг/ч (0,496 кг/с);

3.3 Определим количество N₂ на входе

;

м³/ч (2,194 м³/с);

;

кг/ч (2,743 кг/с)

4 Составим расходную часть материального баланса

4.1 Определим количество SO₂ на выходе

;

м³/ч (0,005 м³/с);

;

кг/ч (0,014 кг/с)

4.2 Определим количество SO₃ на выходе

;

м³/ч (0,231 м³/с);

;

кг/ч (0,827 кг/с)

4.3 Определим количество O₂ на выходе

; ;

м³/ч (0,116 м³/с),

м³/ч (0,232 м³/с);

; кг/ч (0,331 кг/с)

4.4 Определим количество N₂ на выходе

Так, как азот присутствует в исходном газе в качестве балласта, то его количество в ходе химической реакции не меняется.

5 Сведём данные по расчётам в таблицу:

Таблица 3 - Итоговый баланс контактного аппарата

Потоки	Приход, кг/ч	Расход, кг/ч	Приход, м3/ч	Расход, м3/ч
SO3	-	2977	-	833
SO2	2431	49	850	17
O2	1786	1191	1250	834
N2	9875	9875	7900	7900
Итого	14092	14092	10000	9584

Так, как реакция протекает с уменьшением объёма, то объёмные расходы отличаются, а массовые совпадают.

Задача 4

Добавим к предыдущей задаче следующие условия:

Температура газовой смеси на входе в аппарат

, а на выходе из него . Средняя теплоёмкость смеси (условно считать постоянной) равна 2,052 .