рефераты рефераты
Домой
Домой
рефераты
Поиск
рефераты
Войти
рефераты
Контакты
рефераты Добавить в избранное
рефераты Сделать стартовой
рефераты рефераты рефераты рефераты
рефераты
БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА
рефераты
 
МЕНЮ
рефераты Основы химической технологии рефераты

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Основы химической технологии

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


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 1 реактора 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 реагентов и  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.


 ;

 ;

 .


РЕКЛАМА

рефераты НОВОСТИ рефераты
Изменения
Прошла модернизация движка, изменение дизайна и переезд на новый более качественный сервер


рефераты СЧЕТЧИК рефераты

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА
рефераты © 2010 рефераты