166724 (Основы химической технологии)

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

1. 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.

1. Составим приходную часть материального баланса

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

76 – 123

х – 3000

х = G С₆Н₆ теор = (3000*78)/123 = 1902 кг/ч

G С₆Н₆ действ = С₆Н₆ / 0,98

G С₆Н₆ действ = 1902 / 0,98= 1941 кг/ч

3.2 Определим количество нитрующей смеси

Gнитр смеси = 4 * G С₆Н₆ действ

Gнитр смеси = 4 * 1941= 7764 кг/ч

3.3 Определим количество азотной кислоты

G HNO₃ вх = 0,2 * Gнитр смеси

G HNO₃ вх = 0,2 * 7764 = 1553 кг/ч

3.4 Определим количество воды на входе

G H₂O вх = 0,2 * Gнитр смеси

G H₂O вх = 0,2 * 7764 = 1553 кг/ч

3.5 Определим количество серной кислоты

G H₂SO₄ вх = 0,6 * Gнитр смеси

G H₂SO₄ вх = 0,6 * 7764 = 4659 кг/ч

4 Составим расходную часть материального баланса

4.1 Определим количество бензола

G С₆Н₆ вых = G С₆Н₆ теор – G С₆Н₆ действ

G С₆Н₆ вых = 1941 – 1902 = 39 кг/ч

4.2 Определим количество азотной кислоты

G HNO₃ вых = G HNO₃ вх – G HNO₃ хр

63 – 123

х – 3000

х = G HNO₃ хр = 63 * 3000/123 = 1537 кг/ч

G HNO₃ вых = 1553 – 1537 = 16 кг/ч

4.3 Определим количество воды

G Н₂О вых = G Н₂О вх + G Н₂О хр

18 – 123

х – 3000

х = G Н₂О хр = 18*3000/123 = 439 кг/ч

4.4 Определим количество серной кислоты

Серная кислота выступает в качестве водоотнимающего средства. Следовательно,

G Н₂SO₄ вых = G Н₂SO₄ вх

G Н₂SO₄ вых = 4659 кг/ч

5 Составим итоговую таблицу

Таблица 1 – Итоговый баланс нитратора

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 = GH₂O хр = 15909*0,53/0,47 = 17740 кг/ч

4 Составим расходную часть материального баланса

4.1 Определим количество азотной кислоты

G HNO₃ вых = G HNO₃ вх – G HNO₃ хр

G HNO₃ вых = 15909 – 15750 = 159 кг/ч

4.2 Определим количество аммиака

G NH₃ вых = G NH₃ вх - G NH₃ хр

G NH₃ вых = 4293 – 4250 = 43 кг/ч

4.3 Определим количество воды

20000 – 0,6; х – 0,4; х = GH₂O вх = 20000*0,4/0,6 = 13333 кг/ч

GH₂O вых = GH₂O хр - GH₂O вх

GH₂Oвых = 17740 – 13333 = 4407 кг/ч

5 Составим итоговую таблицу

Таблица 2 – Итоговый баланс нейтрализатора

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+1/2О₂ SO₃).

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

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 .

Потери теплоты в окружающую среду составляют 5% от прихода теплоты

(SO₂+1/2О₂ SO₃+94207 кДж)

Определить количество теплоты, отводимой от аппарата.

1 Изобразим процесс на схеме:

Q₁ – теплота, вносимая в контактный аппарат реакционной смесью; Q₂ – теплота химической реакции; Q₃ – теплота, выводимая из контактного аппарата реакционной смесью; Q₄-потери теплоты в окружающую среду; Q₅- количество теплоты, отводимое в аппарате

Рисунок 4 - Схема входящих и выходящих потоков в контактном аппарате

2 Определим Q₁

;

кВт

3 Определим Q₂

,

где n-число молей полученного SO₃

973 кВт

4 Определим Q₃

;

3168 кВт

5 Определим Q₄

;

180 кВт

6 Определим Q₅: