Общая химическая технология

Задача 41. Определить, какую температуру теоретически мож но получить в реакционной зоне шахтной печи для обжига извест няка при избытке воздуха α = 2 и α = 3 от требуемого по стехиометрическому количеству, считая, что в исходной шихте нахо дится чистый углерод. При расчете не учитывать тепловые эффек ты идущих в печи реакций и теплопотери.
Теплотворная способность углерода 32 784 кДж/кг. Теплоемкость воздуха в пределах 0–900°С 1,038 кДж/(кг·°С),
Задача 42. При обжиге шихты, содержащей 19 т известняка и кокс, определить:
1) расход кокса состава [% (масс.)]: С – 91; золы – 7; влаги – 2;
2) состав обжиговых газов в процентах (по объему);
3) тепловой эффект реакции обжига.
Степень диссоциа ции при обжиге известняка 95%. Воздух подается с избытком α = 1,4.
Теплоты образования, кДж/кмоль: СаСО3– 1 206 000; СаО – 635 100; СО2– 393 510. Теплотворная способность чистого углерода 32 784 кДж/кг.
Термическое разложение известняка идет соглас но реакции: СаСO3↔СаО + СO2–Q.
Задача 43. Определить количество теплоты, выделяющееся при обжиге 11 т FeS2, содержащего 38% серы, если степень вы горания серы из колчедана 0,96.
Чистый FeS2 содержит 53,35% серы и 46,65% железа.
Молекулярная масса: 4FeS2 – 480.
Задача 44. На 1-й слой контактного аппарата при 450°С по дается 5000 м3/ч исходной газовой смеси, содержащей [% (об.)]: SO2–10; 02–11 и N2 – 79. В результате экзотермической реак ции SO2+½O2↔О3 + Q’
(где Q’ – 101 420 – 9,26 Тср) темпе ратура газа повысилась до 580 °С. Определить степень окисления SO2 в SO3, если принять теплоемкость газа неизменной и равной 1,38 кДж/(м3·°С) (изменением объема в результате реакции пре небрегаем).
Задача 45. Определить теоретический расход мазута для по лучения 17 т оксида алюминия из гидроксида алюминия.
Теплота сгорания мазута 41 870 кДж/кг. Теплоты образования (кДж/моль): Аl(ОН)3– 1243; А12O3– 1676,0; Н2O–241,84. Молекулярная масса: А12O3– 102.
Задача 46. Рассчитать расход природного газа, содержащего [% (об.)]: СН4– 82; гомологов – 9, для производства 200 т/сут ки глинозема (А12O3). Потери теплоты в окружающую среду со ставляют 5% от общего расхода. Температура в зоне реакции 1200°С. Температура реагентов, поступающих в печь, 20 °С
Теплотворная способность газа 33 950 кДж/м3. Теплота образования (кДж/моль): А1(ОН)3–1243; А12O3– 1676,0; Н2O–241,84, Теплоемкость [кДж/(кг·°С)]: Аl(ОН)з при 20 °С– 0,879; А12O3 и Н2O при 1200 °С – 1,327 и 2,12 соответственно. Молекулярная масса: 2А1(ОН)3–156; А12O3– 102; ЗН2O– 54.
Задача 47. Рассчитать тепловой эффект реакции получения хлороводорода 2NaCl+ H2SO4= Na2SO4+ 2НС1 –q и расход топлива (без учета теплоты сырья) на 5 т хлороводорода, если в качестве топлива используют коксовый газ примерного состава [% (об.)]: Н2– 56; СН4– 25; С2Н4– 2,5; СО – 7,0; СO2– 2,6; O2– 0,7, N2– 5,7.
Теплоты образования (кДж/кмоль): NaCl– 410 900; H2SO4– 811 300; Na2SO4–1 384 000; НС1 – 92 300. Теплотворная способность (кДж/кмоль): Н2– 285 840; СН4– 890 310; С2Н4– 1 410 970; СО – 83 010. Молекулярная масса НС1– 36,5.
Задача 48. Какое количество теплоты выделится при хлориро вании 20 т бензола, если конечная смесь содержит 39% хлорбен зола, 1% дихлорбензола, 60% бензола.
Теплоты образования (кДж/моль): С6Нб– 49,063; С6Н5С1 – 52,17; C6H4Cl2– 53,05; НСl– 92,36. Молекулярная масса: С6Н6– 78; С6Н5С1 – 112,5; С6Н4С12– 146.
Задача 49. Подсчитать: а) объем сухого воздуха для полного сгорания газа полукоксования бурого угля, если коэффициент из бытка воздуха α =1,2; б) состав продуктов сгорания; в) тепло творную способность (кДж/м3) газа полукоксования. Состав газа [% (об.)]: СН4– 60; Н2– 20; другие углеводороды (считая на С2Н4) –3; СО –6; СO2–6,8; O2–0,04; N2–4,16.
Теплоты сгорания компонентов газа (кДж/кмоль): СН4–890 310; С2Н4– 1 410 970; Н2– 285 840; СО – 283 010.
Расчет вести на 5000 м3 или на 5000 кмоль газа.
Задача 50. Определить количество теплоты, выделяющейся при газификации твердого топлива, если из генератора водяного газа выходит газ состава [% (об.)] — СО – 38; Н2– 50; CO2– 6,2 и N2– 5,8.
Расчет вести на 1000 м3 генераторного газа. Теплоты образонания (кДж/моль): СО – 110,58; CO2– 393,79; Н20 (пар)–242,0.
Задача 51. В сатуратор, содержащий 200 кг 76% раствора серной кислоты, подается 34 кг газообразного аммиака, барботирующего через раствор. Определить, какое количество теплоты может быть использовано для испарения реакционной воды, если первоначальная температура кислоты и аммиака 25 °С, а потери теплоты сатуратором в окружающую среду равны 9% от общего прихода теплоты.
Молекулярная масса, кг/кмоль Теплоемкость при 25°С, кДж/(кмоль·°С) Теплота образования. кДж/кмоль
H2SO4 98 137 570 811 300
NH3 17 35 650 46 190
(NH4)2SO4 132 187 070 1 179 300

Задача 52. Подсчитать температуру горения мазута состава [% (масс.)]: С –87; Н2–10,8; 02– 1,0; S–0,7; N2–0,5. Воздух для горения, содержащий в 1 м3 0,015 м3 Н20, подается с из бытком α = 1,36. Мазут и воздух поступают в топку с температурой 20°С. Общие теплопотери (стенками топки и факелом) равны 6,5% от общего прихода теплоты. Расчет вести на 100 кг ма зута.
Задача 53. Рассчитать температуру горения эстонского сланца состава [% (масс.)]: С –70; Н2–6,5; 02–10; S–2,0; N2–1; зола – 5,5; влага – 5. Коэффициент избытка воздуха α =1,55. Относительная влажность воздуха 100%. Сланец и воздух поступают в топку с температурой 25 °С. Теплопотери (теплоотдача через стен ки котла и унос теплоты со шлаком) 10% от общего прихода теплоты.
При 25 °С влажность при насыщении 23,1 г/м3. Расчет вести на 50 кг сланца.
Горение протекает до конечных продуктов окисле ния по реакциям:
С + 02→CO2 (1); H2 + ½02→H20 (2);S+ 02→SO2 (3)
Задача 54. Рассчитать объем полимеризатора vn и составить тепловой баланс первого полимеризатора (в кДж на 11 т исходного стирола) при коэффициенте заполнения реактора φ3 = 0,65 и рабочем объеме аппарата vp= 1,8 м3.
Плотность стирола d20= 0,906. Теплоемкость, кДж/(кг·°С): стирола – при 50 °С 1,742, при 145 °С 2,479; полистирола – при 20 °С 1,457, при 145 °С 3,119.
При производстве пластической массы – блочного полистирола – в каскаде аппаратов с мешалками процесс проводят при изотермическомрежиме, для чего используют дисковые мешалки с развитой поверхностью. Некоторые параметры процесса:

Реакция полимеризации мономера – стирола–с образованием полистирола:

(тепловой эффект взят на основе опытных данных из расчета на мономер, молекулярная масса которого 104).
Задача 55. Подсчитать тепловой баланс контактного аппарата для частичного окисления SO2производительностью 45000 м3/ч. Газовая смесь содержит [% (об.)]: SO2– 9; 02– 11; N2– 80. Степень окисления 88%. Температура входящего газа 460°С; выходящего– 580 °С. Средняя теплоемкость смеси (условно считаем ее неизменной) 2,052 кДж/(м3·°С). Потери теплоты в окружающую среду 5% от прихода теплоты.
SO2+½02↔ SO3 + 94 207 кДж.
Состав (м3) газа:
Исходный После аппарата
SO2 2 250 SO3 2250 · 0,88 = 1980
N2 20 000 SO2 2250–1980 = 270
02 2 750 N2 20 000
02 2750–1980/2= 1760
Итого: 25 000 Итого: 24 010
Задача 56. Составить тепловой баланс (на 1 ч работы) стадии пиролиза при производстве уксусного ангидрида из ацетона и рассчитать количество природного газа, содержащего [% (об.)]: СН4– 98; N2– 2. Производительность по уксусному ангидриду 30 т/сутки. Температура пиролиза 800 °С. Степень превращения ацетона в кетен за один цикл 0,35.
Теплота испарения ацетона 553,5 кДж/кг. Теплоемкость [кДж/(кг·°С)]| ацетона при 20 °С 2,09, реакционной смеси при 800 °С 2,26. Теплотворная спо собность чистого метана 890 310 кДж/кмоль.
Стадии производства уксусного ангидрида из ацетона описываются реакциями:

Задача 57. Составить тепловой баланс реактора для получения водорода каталитической конверсией метана. Потери теплоты в окружающую среду 8% от прихода теплоты. Отношение СН4:Н20=1:2. Температура поступающих в реактор реагентов 105 °С; температура в зоне реакции 900 °С.
Теплоемкость [кДж/ (кмоль • °С) ]:

Расчет вести на 2000 м3 Н2.
Расчет ведется по реакции:
СН4 + Н20 ↔ СО = ЗН2– 206 200 кДж
Задача 58. Составить тепловой баланс генератора водяного газа при газификации 1 т кокса, содержащего [% (масс.)]: С – 93, золы –4 и Н20 – 3, – и подаче 1575 кг водяного пара на 1 т кок са. Образовавшиеся 2190 кг водяного газа содержат [% (масс.)]: СО –89,9, CO2–1,94 и Н2– 8,16. Температура водяного газа на выходе из генератора 1000°С, температура подаваемого кокса 25 °С и водяного пара 100 °С.
Теплота образова- Теплоемкость,
Молекулярная ния, Дж/(моль·0С) (при
масса кДж/кмоль (при указанной темпера-
25 °С) туре)
С 12 – 8,53
Н20 18 241 840 33,2
СО 28 110 500 31,7
Н2 2 – 29,8
CO2 44 393 510 49,3
Процесс газификации протекает по реакциям:

Задача 59. Составить тепловой баланс печи КС-200 по данным таблицы материального баланса.

Темпера тура в кипящем слое 800 °С. Потери теплоты 4% от прихода.
Теплоемкость [кДж/(м3·К)] при 20°С: колчедана–0,538 кДж/(кг·К); воз духа-1,3097 [1,0119 кДж/(кг·К)]; Н20 – 2,006; при 800°С: огарка – 0,883 кДж/(кг·К); S02–4,187 (0,437 + 0,0000847 Т) = 2,428; O2–1,571; N2–1,463; Н20 – 1,884.
Задача 60. Определить теоретический расход мазута для по лучения 47 т оксида алюминия из гидроксида алюминия.
Теплота сгорания мазута 41 870 кДж/кг. Теплоты образования (кДж/моль): Аl(ОН)3– 1243; А12O3– 1676,0; Н2O–241,84. Молекулярная масса: А12O3– 102.