Реферат по предмету "Химия"


Основы химической технологии

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 = 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 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 = 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 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+1/2О2 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 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 . 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: ; кВт 7 Сведём данные по расчётам в таблицу Таблица 4 – Приход теплоты в контактном аппарате Потоки кВт % Q1 2622 73 Q2 973 27 Итого 3595 100 Таблица 5 – Расход теплоты в контактном аппарате Потоки кВт % Q3 3168 88 Q4 180 5 Q5 247 7 Итого 3595 100 Задача 5 В реакторе протекает реакция: : А+В R . Определить степень превращения ХА и ХВ, при условии А и В взяты в стехиометрическом соотношении; если вещества В в 2 раза больше ( то есть 2 моля вещества на 1 моль вещества А); если вещества В в 3 раза больше. 1 Определим степень превращения, если реагенты взяты в стехиометрическом соотношении Принимаем: моль,моль По условию известно, что
Можно определить степень превращения вещества А: ; Поскольку вещества А и В взяты в стехиометрическом соотношении, то ,
Можно определить степень превращения вещества В: ; 2 Определим если в 2 раза больше По условию известно, что , Можно определить степень превращения вещества А: Поскольку реагирует половина вещества А, то Можно определить степень превращения вещества В: 3 Определим если в 3 раза больше По условию известно, что , Можно определить степень превращения вещества А: Поскольку реагирует половина вещества А, то Можно определить степень превращения вещества В: Задача 6 Определить состав смеси и степень превращения для реакции: А+2В 2R+S. Если ;;. Определить 1 Степень превращения реагента В можно определить следующим образом: ; ; 2 Концентрацию реагента А можно определить следующим образом: 3 Концентрацию реагента В можно определить следующим образом: 4 Из стехиометрических коэффициентов определим : Задача 7 Определить Х SO2 в реакции 2SO2 + O2 → 2SO3, если реакционная смесь имеет состав в начале процесса [% (об.)]: С SO2-7,5; С O2-10,3; С N2-82,2. Содержание SO2 в конце процесса равна 2,5% об. Замечание: 1. реакция протекает с уменьшением объема, следовательно, необходимо учитывать- относительное изменение объема реакционной смеси. 2. формализуем задачу, т.е. переведем ее в привычные понятия: аА+вВrR, где а=2 в=1 r=2 СА.0=7,5% об. СА.е=2,5% об. СВ.0=10,3% об. 3. реагенты взяты не в стехиометрическом соотношении, т.е. О2 в избытке. 4. в реакционной смеси присутствует балластный азот, т.е. для окисления используется О2 воздуха. 1 Определим относительные изменения объема , где - первоначальный объем смеси - объем смеси в конце реакции. Отношение определим по формуле [2,с.22]: , где β – доля стехиометрической смеси исходных реагентов в реакционной смеси. В нашем случае , . . . 2 Определим равновесные степени превращения по формуле [2, с.22]: ; . Задача 8 В реакторе протекает реакция: А+2В 2R+S. Начальные количества ; . В реакционной смеси, выходящей из реактора . Известно, что в равновесной смеси содержится . Определить выход продукта . 1 Выход продукта можно определить из следующего соотношения: 2 Степень превращения реагента А можно определить следующим образом: ; 3 Равновесную степень превращения реагента А можно определить из выражения: ; 4 Определим выход продукта: Задача 9 Определить необходимое время пребывания τ в РИС-П для достижения ХА = 0,9.В реакторе проводится изотермическая необратимая реакция второго порядка, реактор заполнен частично веществом А, мольная масса 110кг/кмоль, плотность исходного раствора и продукта 1100кг/м3 и1320кг/м3, константа химической реакции К =0,8м3/моль ч.
Задачу решаем двумя способами без учета плотности и с учетом плотности. 1 Определим τрис-п без учета изменений плотности: 1.1 Изобразим схему расчета: Рисунок 5 - Расчетная схема
2 Определим τрис-п с учетом изменения плотности( объема): 2.1 Изобразим схему расчета Рисунок 6 - Схема расчета 2.2 Определим степень изменения объема : [мет. 2 с.30] Принимаем , что объем и плтности взаимосвязаны следующим образом. где это объем и плотность смеси в данный, объем и плотность в начальный момент времени. По условию, если ХА =1, то 2.3 Определим СА.О: 2.4 Определим концентрацию СА : Примечание: задачу решаем в общем виде. 2.5 Определим скорость химической реакции: 2.6 Определим τрис-п : Подставим значение скорости и получим: Проинтегрируем и получим: Подставим численные значения: Задача 10 Рассчитать объём реактора идеального вытеснения (РИВ) при проведении в нём реакции: А R+SО. Условия: 1 Объёмный расход исходного компонента ; 2 Начальная концентрация ; 3 Константа скорости химической реакции 4 Степень превращения . Примечания: 1 Данная реакция второго порядка (это следует из уравнения реакции и размерности константы скорости химической реакции); 2 Размерность величин переведём в систему СИ , так как объёмный расход и константа скорости химической реакции приведены в разных размерностях. Рассчитаем объём реактора идеального вытеснения: ; . Задача 11 Определить какое количество вещества А можно переработать в РИС-П за сутки при проведении реакции : , если объём РИС-П ; степень превращения ; константа скорости реакции ; начальная концентрация реагента А ; коэффициент заполнения реактора ψ=0,8; время загрузки и выгрузки за одну операцию 30 мин; 1 Изобразим алгоритм расчета на схеме: Рисунок 7 – Алгоритм решения 2 Определим 3 Определим 4 Определим N 5 Определим количество вещества 6 Определим 7 Определим Задача 12 В реакторе идеального смешения периодического действия (РИС-П) проводится изотермическая реакция: . Реактор заполнен чистым веществом А, мольная масса М которого 110 . Плотность вещества . Степень превращения вещества . Константа равновесия . Продолжительность вспомогательных операций . Объём реактора ; степень заполнения реактора исходным реагентом . Определить продолжительность реакции , производительность реактора и количество вещества А, подвергнутого превращению в 1реактора за 1, то есть интенсивность реактора I. Рисунок 8 – Схема расчёта 1 Определим начальную концентрацию реагента А: ;
. 2 Определим продолжительность химической реакции: ; . 3 Определим производительность реактора:
, где ; . 4 Определим интенсивность реактора: ; . Задача 13 Определить объём РИВ () для гомогенной реакции: 4А R+6S. ; ; ; . Мольный расход . Примечания: 1 Реакция протекает с изменением объёма, нужно учесть . 2 Считать, что реакция протекает по первому порядку ; (); ; ; Отношение объемов определяется по формуле [1. стр. 22] где β- доля стехиометрической смеси, исходных реагентов в исходной смеси. εА=0,25-1=-0,75; Задача 14 Рассчитать максимальный секундный расход (мольный расход) вещества А при соблюдении следующих условий: 1 В изотермическом РИС-Н проводится обратимая экзотермическая реакция А R+6200 кДж/кмоль. 2 При оптимальной температуре 49 степень превращения составляет 60 %. 3 Для создания изотермических условий используется погружной водяной холодильник с поверхностью теплообмена . 4 Коэффициент теплопередачи . 5 Температура на выходе из холодильника составляет . 1 Составим тепловой баланс для изотермического реактора: или , Где 2 Выражаем из уравнения теплового баланса мольный расход: ; (0,012). Задача 15 Рассчитать длину труб теплообменника для осуществления процесса, описываемого ниже. В реакторе полупериодического действия проводится реакция взаимодействия в жидкой фазе продукта А с концентрацией 25 масс.% с первоначально загруженным в количестве 500 л продуктом В с концентрацией 38 масс.%. Скорость подачи реагента А составляет 6,23 . Температура на входе 25. Плотность раствора . Тепловой эффект реакции 5000 . Для проведения реакции следует поддерживать температуру , что достигается с помощью теплообменника, диаметр трубок которого d=250 . Расход хладоагента должен быть таким, чтобы его температура не превысила 25. Коэффициент теплопередачи . Теплоёмкость смеси реагентов . Рисунок 9 - Схема расчёта 1 Составим тепловой баланс реактора =0. (); ;
; ; ;
. 2 Определим начальную концентрацию компонента А ; . 3 Определим поверхность теплообмена: ; (), Выбираем одноходовой кожухотрубчатый теплообменник (n=37, d=259 ). Выразим длину трубок теплообменника из следующего соотношения: , Откуда ; . Задача 16 Определить температуру нагревания реагента А на входе в РИС-Н адиабатически при осуществлении необратимой экзотермической реакции А R. Тепловой эффект химической реакции . Степень превращения . Температура проведения реакции . Теплоёмкость . 1 Составим тепловой баланс реактора: , Где . 2 Выразим из последнего выражения : ; . Задача 17 Определить количество теплоты, которое необходимо отводить в РИС-Н при проведении в нём обратимой экзотермической реакции А+B R+18000, с тем, чтобы обеспечить максимальную степень превращения реагента А(). Температура реакционной смеси на входе в реактор . Теплоёмкость . Известна также экспериментальная зависимость, представленная в таблице 6. Таблица 6 – Экспериментальная зависимость степени превращения от температуры Т 5 15 25 35 40 42 45 55 65 0,18 0,31 0,46 0,56 0,58 0,60 0,59 0,49 0,38 1 Из экспериментальной зависимости, представленной в таблице 6, видно, что максимальная степень превращения реагента А достигается только при температуре реакционной смеси, равной 42 . Для этой температуры и будем производить все дальнейшие расчёты. 2 Принимаем, что реактор работает в политропическом режиме 3 Составим уравнение теплового баланса для реактора, работающего в политропическом режиме: ; . . преобразуем последнее выражение к следующему виду: , Откуда ; Следовательно, режим работы реактора должен быть адиабатическим. Задача 18 Определить объёмные расходы реагентови в РИС-Н при проведении реакции А+В=R+S. Объём РИС-Н л; ; ; ;;. 1 Составим алгоритм расчёта: Рисунок 10 – Схема расчёта 2 Определим начальные концентрации компонентов А и В в смеси: Принимаем ;
; ; ;
3 Определим концентрации реагентов А и В в реакционной смеси: , Откуда ; ; , Откуда ; ; ; ; ; . 4 Определим скорость химической реакции: ; . 5 Определим время пребывания реакционной смеси в аппарате: ; (1 200 000 с). 6 Определим объёмные расходы реагентов А и В: ; ; ; . Задача 19 Скорость превращения в реакции А 2R описывается кинетическим уравнением первого порядка . Вычислить среднее время пребывания реагирующей смеси, необходимое для достижения в К-РИС из четырёх реакторов (N=4). Какое время пребывания реакционной смеси потребовалось бы для достижения такой же степени превращения в РИС-Н? 1 Определим среднее время пребывания реагирующей смеси в К-РИС: , где - время пребывания реагирующей смеси в одном реакторе. ; (), (). 2 Определим среднее время пребывания реагирующей смеси в РИС-Н: , так как в данном случае N=1, ; (). Задача 20 Определить объём реактора идеального смешения непрерывного действия (РИС-Н), каскада реакторов идеального смешения (К-РИС), реактора идеального вытеснения (РИВ), при проведении реакции второго порядка: 2А R+S. Условия: 1 Начальная концентрация ; 2 Константа скорости химической реакции ; 3 Степень превращения ; 4 Первоначальный расход смеси Примечание: объём реакционной смеси на протяжении всей реакции остаётся постоянным. 1 Определим время пребывания реакционной смеси в реакторе идеального смешения и его объём: ; ; ; . 2 Определим время пребывания реакционной смеси в реакторе идеального вытеснения и его объём: ; ; ; . 3 Для каскада реакторов идеального смешения принимают, что все секции имеют одинаковый объём, причём . . Построим зависимость скорости химической реакции от концентрации: ; Так как ,;
Например, Построение продолжается до тех пор, пока не будет обеспечена заданная степень превращения, то есть при выполнении следующего условия:
; . Дробного числа секций быть не может, принимаем число секций равным 4, причём четыре секции дают степень превращения больше, чем требуется по условию. ; ; .


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат Агрегатное состояние в-ва, в к-ром его ч-цы не связаны или весьма слабо связаны силами вз-ствия и дви­жутся свободно, заполняя весь предо­ставленный им объём
Реферат Cause And Effects Of A Decision Essay
Реферат Народний демократ ТГ Шевченко Кирило-Мефодіївське товариство
Реферат Научно-техническая революция ХХ века
Реферат Наполеон Стрімкий зліт
Реферат Небесный флот Григоровича
Реферат Конспект статьи А. Ф. Лосева “Русская философия” по его книге “Философия. Мифология. Культура
Реферат Начало раздробленности Руси Северо-Восточная Русь
Реферат Финансовый анализ деятельности ОАО Северо-Западный Телеком
Реферат Естественное освещение
Реферат «Отношение молодежи к гендерным проблемам» Цель
Реферат Аристотель - самая "универсальная голова" среди философов Древней Греции
Реферат Начало первой мировой войны 2
Реферат Развитие представлений о культуре и цивилизации в общественной мысли
Реферат "Игра". Сказки Матильды Шапиро