Задачи 1-1. Вычислите теоретические расходные коэффициенты для получения сульфатным методом 1 т 30%-ной соляной кислоты. 1-2. Определите расходный коэффициент технического ацетальдегида (99%-ной чистоты) для получения 1 т уксусной кислоты: СН3СНО+0,5О2—•СНзСООН, если выход кислоты по альдегиду 93,5%. 1-3. Определите расходные коэффициенты сырья для производства 1 т фосфата аммония (NH4hP04, если исходные продукты: 55%-ная фосфорная кислота; 98%- ный аммиак, влаги — 2%. 1-4. Вычислите расходные коэффициенты на 1 т оксида серы (IV), если содержание серы в руде серного колчедана 45%, влаги—1,5%, воздух на обжиг колчедана подают с избытком в 1,5 раза. Ш 1-5. Для получения 1 т метилового спирта израсходовано 12065 мя синтез-газа (СО:Н2—1:2). Рассчитайте выход метилового спирта при конверсии, если превращение за проход исходной смеси газов— 20%. 1-6. Суммарная реакция получения дивинила по способу С. В. Лебедева выражается уравнением 2С2Н5ОН—>СН2 = СН — СН = СН2+2Н20 + Н2 Выход дивинила составляет 80%. Вычислите, сколько кг дивинила можно получить из 2000 м3 96%-иого спирта (р=80,0 кг/м3 ). 1-7. Годовая производительность установки по производству уксусной кислоты 20 тыс. т в год. Вычислите производительность в час, если цех работает 365 дней в году, из них 32 дня отводятся на ремонты, потери производства составляют 4%. 1-8. Подсчитайте интенсивность полимеризатора со- полимеризации дивинила со стиролом, если объем его 20 м3 , а производительность 2160 кг полимера в сутки. 1-9. Продукционная башня — денитратор в нитроз- ном способе производства серной кислоты имеет высоту 16 м и диаметр 5,5 м. Полезный объем башни составляет 85%. Башня подает в сутки 90 т H2S04. Определите интенсивность процесса. 1-10. Стоимость установки производства синтетического аммиака под давлением 30,0-106Па, мощностью 411 т/сут составляет 1950 тыс. руб. Определите удельные капитальные затраты. 1-11. Определите, на сколько снизятся капитальные затраты при увеличении единичной мощности установки производства метанола в 2,5 раза. 1-12. Определите, на сколько процентов снизится себестоимость серной кислоты с увеличением мощности установки в 3 раза, принимая п =—0,2. 1-13. Шинный завод выпускает 14-104 т автопокрышек в год. По современной технологии предусматрива-, ется введение 10% регенерата в резиновую смесь (от массы каучука). Рассчитайте годовую экономию каучука и экономический эффект от внедрения новой технологии, если применение 1 т регенерата (продуктов переработки вторичного резинового сырья) в шинном производстве дает экономию 450 кг каучука. Средняя себестоимость 1 т каучука 700 руб., а шинного регенерата 26 150 руб. Каждая тонна автопокрышек содержит в среднем 300 кг каучука. Сколько шин можно изготовить из сэкономленного каучука? 1-14. Составьте материальный баланс процесса упаривания 100 т раствора NaOH, если первоначальная концентрация его была 15%-ной, а упаренного раствора 60%-ной. Потери при упаривании составляют 0,3%. 1-15. Составьте материальный баланс на получение 1 т карбида кальция, содержащего 90% СаС2, сырье — антрацит марки АК с содержанием 96% углерода, а известь — 85% СаО. 1-16. Составьте материальный баланс производства 1000 м 3 аммиака, если азотно-водородная смесь получается смешением сырого азота (N2 — 99,6%, 02 —0,2%, Аг —0,2%) и сырого водорода (Н2 — 99,6%, СН4 —0,2%, СО—0,2%). Синтез ведут под давлением 30,3-106 Па, при температуре 673К. Концентрация аммиака в газах после колонны синтеза 18%, а в циркуляционном газе 4%, содержание других газов в циркуляционном газе 3%. 1-17. Составьте материальный баланс производства 1 т чистого метилового спирта, если исходная смесь газов состоит только из СО и Н2 в соотношении 1:2, конверсия синтез — газа 20%. Выход метилового спирта составляет 87% от теоретического. 1-18. Составьте упрощенный материальный баланс на получение 1 т уксусной кислоты (без учета побочных реакций), если выход кислоты по реакции СНзСНО + 0,5 02—>СН3СООН составляет 96% (от теоретического), технический аце- тальдегид 99%-ной чистоты и реагирует на 98%, кислород связывается на 99%, непрореагировавшего аце- тальдегида остается 2%, кислорода 1% (2% ацеталь- дегида расходуется на побочные реакции). 1-19. Определите энтальпию и тепловой эффект реакции газификации твердого топлива, если из генератора водяного газа выходит газ следующего состава (в % по объему): СО —38, Н2 — 50; С02 —6,2; N2 —5,8. Расчет следует вести на 1000 м 3 генераторного газа. Теплота образования (в кДж/моль): СО — 110,580; Н20 (пар) — 242,0; С02 — 343,79. П 1-20. Определите теплоту образования ацетилена, если известно, что при сгорании 1 моль его выделяет 1608,1 кДж теплоты, а теплоты образования воды и углекислого газа составляют соответственно 241,840 кДж/моль и 394,08 кДж/моль. 1-21. Составьте тепловой баланс реактора синтеза метанола, если исходный газ имеет состав (в % по объему): 20 СО и 80 Н2, скорость его подачи 80000 м3 /ч при температуре на входе в реактор 473К, а на выходе 573 К. Конверсия СО 35%. Теплоемкость газа на входе и на выходе одинакова и равна 32,3 (кДж/моль-К). С помощью холодильника отводится 20240000 кДж. 1.22. Рассчитайте /Сс реакции образования метилового спирта из формальдегида, протекающей по уравнению Н2 + СН2О^СН3ОН, если при температуре 298,1 К и давлении 1,05-105Па Д :Р реакции составляет 2,02-1013 Па. 1-23. Определите приближенно /Ср реакции синтеза метанола СО+2Н2^^СН3ОН при температуре 673 К, используя термодинамические константы. 1-24. Константа равновесия реакции 2Нг+02^2^ 0 при температуре 1500 К /Ср=7,6-10~12 . Подсчитайте Кр этой реакции при температуре 1560 К. Энтальпия реакции ДЯ=— 241828,7 Дж/моль. 1-25. Константа равновесия реакции 2S02+02^=fc2S03 при температуре 950 К равна /Ср = 1,06 • 10-2 . Определите - Л'р реакции при температуре 850 К. Энтальпия реакции Д//=— 92,623 кДж/моль. 1-26. Исходные концентрации азота и водорода в газовой смеси, поступающей на синтез аммиака, равны: 0,01 кмоль/дм3 N2 и 0,03 кмоль/дм3 Н?. Найти /Сс и Кр реакции синтеза аммиака при температуре 673 К, если равновесный выход аммиака составляет #=20%. 1-27. Константа равновесия реакции прямой гидратации этилена, протекающей по уравнению С2Н4+Н20= =С2Н5ОН, при температуре 573К и давлении 80»105Па составляет Др—2,9-Ю-8Па. Определите равновесную степень превращения этилена. 1-28. Рассчитайте /Ср реакции NO+N025=fcN204 при р=10б Па, если в исходной смеси содержится 5% N02» а масса полимеризовавшегося оксида азота (IV) составляет 16,5%, 28 1-29. При температуре 873К и давлении 6107Па константа равновесия реакции Fe804(„)+C0^3FeO(TE)+C02 Ар*" 1,15. Определите, сколько оксида железа может восстановить в этих условиях 1000 м8 газа, содержащего 1 моль/дм3 СО и 0,3 моль/дм3 С02 при условии равновесия в системе. 1-30. Продолжив решение примера 1 (§4), рассчитайте движущую силу процесса окисления S02 в S03 на 2, 3, 4 слоях катализатора, если степени превращения равны соответственно 0,8; 0,95; 0,98, считая от первоначальной концентрации (в %): SO2-~10, O2 — II, N2 — 79. Для каждого последующего они являются начальными. (Так, для 2-го слоя катализатора Cso2 3,42%; Со, 8,05%.) 1-31. Рассчитайте скорости реакции окисления SO* в S03 на ванадиевом катализаторе на 1—4-м слоях катализатора по следующим данным: на 1-ми 2-м слоях Л-2,81-105 , на 3-м слое fc-3,20105 , на 4-м слое /г= «5,37-103 . Соответствующие данные следует взять из примера 1 (§ 4) и задачи 1.30. 1-32. В башне, рассмотренной в примере 2(§ 4), заменили керамическую насадку на более мелкую, так что 1 м3 имеет поверхность 125 м8 . Рассчитайте, как изменилась теперь скорость поглощения. 1-33. Рассчитайте объем керамической насадки сушильной башни для оксида серы. (IV), если известно, что масса паров воды, поглощаемая башней в час, составляет 1360 кг, коэффициент скорости поглощения А»2,3-1СНПа, давление водяного пара после прохождения через башню понижается на Д/?=773,26 Па. Коэффициент запаса насадки а=1,2; поверхность 1 м3 насадки равна 110 м2 . 1-34. Определите объем и высоту насадочной башни олеумного абсорбера, если известно, что в час башней поглощается 3300'кг-SO* Коэффициент скорости *-1,бЗ-ЦН кг/(м2 -Па). Движущая сила процесса Ар** «5070 Па, удельная поверхность насадки 87,5 м2 /м\ площадь поперечного сечения башни 5=9,5 м2 . Коэффициент запаса 1,3. 1-35. Определите константу скорости реакции А» окисления S02 в S03 при температуре 7Y=850K. Кон* * • станта скорости реакции при 7*1 = 793 К равна 5,45- 10е ; Е&КТ — 87900 кДж/кмоль. 1-36. Экзотермическая реакция первого порядка протекает при 7'i = 573K. Яакт=20000 кДж/кмоль. В результате реакции температура повысилась до 678 К. Определите изменение скорости реакции. 1-37. Константа скорости реакции окисления S02 в S03 на ванадиевом катализаторе &! = 2,8-105 с-1 при Г! = 763К, а при 7, 2=773К и £2=3,20-105 <Н. Определите кажущуюся энергию активации. 1-38. При температуре 673 К скорость реакции в 10 раз меньше, чем при 700 К. Рассчитайте энергию активации процесса, если движущая сила процесса не меняется с изменением температуры. 1-39. Определите реакционный объем реактора окисления S02 в S03 на ванадиевом катализаторе по следующим данным: расход газа Fp=15500 м3 /ч, коэффициент запаса а=1,3, время контактирования т=*0,12 с. 1-40. Определите объем катализатора и высоту его слоя однополочного реактора КС для окисления метанола в формальдегид, если расход газовой смеси 8960 м3 /ч, а время контакта газа с катализатором, по экспериментальным данным, т=5>10_ч . Диаметр реактора 2,3 м. • 1-41. Определите объем катализатора окисления S02 в S03, если время контакта с катализатором т=0,25 с. Расход газа 10280 м3 /ч. 1-42. Определите объемную скорость газа в реакторе окисления S02 в S03, если линейная скорость v=* =0,8 м/с, высота слоя катализатора 300 см. 1-43. Рассчитайте время контакта газа на цинк-хромовом катализаторе установки синтеза метанола, если объемная скорость исходной смеси 20000 ч-1 , температура контактирования 653,15 К, давление в системе 3,03 x10е Па, объем катализатора 1,5 м3 . 1-44. Рассчитайте время контакта газовой смеси в катализатором в процессе дегидрирования «-бутана в к-бутилен, если температура процесса 847К, объемная скорость исходного газа 950 м3 /с, давление 1,5-105 Па, объем катализатора 1 м3
2-1. Массовая доля Fe203 в руде 70%, a Fe в концентрате 70%. Сколько концентрата может заменить Ют такой руды? 2-2. Составьте материальный баланс термического обогащения 100 кг мирабилита, в составе которого, помимо кристаллизационной 6% -ной гигроскопической воды, в конечном продукте обнаружено 0,4% влаги (по массе). 2-3. Магнитный сепаратор горно-обогатительного комбината перерабатывает в час 160 т измельченного титаномагнетита. При этом получается магнитный продукт с выходом 38,1 % и степенью извлечения железа 72,1%..Массовая доля железа в руде 16,9%, а в продук* 3» 35 те —32%. Определите массу концентрата и массу отходов, а также массовую долю железа в них. 2-4. Из 100 т полиметаллической руды было получено 2240 кг медного концентрата со степенью концентрации 35,7 и 84 кг молибденового концентрата со степенью концентрации 8,33. Массовые доли меди и молибдена в концентратах равны соответственно 25 и 50%. Определите выходы концентратов и степень извлечения металлов. 2-5. Белая глина, в составе которой 44,5% Si02 и 31,31% АЬОз (по массе), предназначенная для получения тонкей керамики, подвергалась отмучиванию. После обогащения массовая доля Si02 повысилась на 3,37%, a A1203 — на 4,82%. Определите: 1) массовую долю минерала каолина в (А12Оз-25Ю2-2Н20) концентрате; 2) на сколько сократилось содержание примесей в результате обогащения. 2-6. Для перевода немагнитного бурого железняка (лимонита 2Fe203-3H20) в магнитный оксид железа иногда применяют обжиг руды в смеси доменного и коксового газов при температуре 920—1020К. Определите: 1) объемы вступивших в реакцию газообразных восстановителей при условии равных исходных соотношений; 2) массу магнитного оксида в конечном продуйте, полученном из 1080 т исходной руды, в составе которой 30,74% пустой породы. 2-7. При химическом обогащении марганцевой руды через шлам, в составе которого 15% Мп (по массе), пропускают оксид серы (IV), затем добавляют дитио- нат кальция и в конечном итоге Са(ОН)2. При этом происходит следующее превращение Mn02-^MnS04->MnS206-^Mn (ОН) 2 Напишите уравнения соответствующих реакций и определите расходные коэффициенты на реагенты этого процесса в расчете на 100 т шлама. 2-8. На некоторых обогатительных фабриках страны действуют установки для обогащения угля в тяжелых средах со следующими показателями: производительность установки 250 т/ч сырья и 150 т/ч концентрата; зольность концентрата (в массовых долях) 20%, а сырья -*-40%. Определите: 1) массу концентрата, полученного за сутки; 2) выход концентрата; 3) степень извлечения угля; 4) массу отходов и массовую долю в них угля. 36 2-9. В составе железной руды обнаружено 0,5% цветного металла, себестоимость которого 420 руб/т, и 0,045% (по массе) другого цветного металла стоимостью 2500 руб/т. Какой экономический эффект даст комплексная переработка в течение года 5 млн. т этой руды, если дополнительные расходы на селективную флотацию составят 0,8 руб/т руды? Расходы на извлечение чистых цветных металлов из полученных концентратов составляют 60% от их конечной стоимости, а выход соответственно равен 90 и 75%. 2-10. Исходный раствор каустической соды с массовой концентрацией 79 кг/м3 подвергли упариванию, после чего его плотность при 303 К стала 1555 кг/м3 , что соответствует концентрации 840 кг/м3 NaOH. Определите массу испарившейся воды в расчете на 1000 кг исходного раствора. 2-11. В калийной промышленности СССР важной проблемой является регенерация галитовых отходов обогащения руд. Рассчитайте массу исходного рассола для содового производства, содержащего по техническим условиям (кг/м3 ): 305 NaCl, 5 KCl и 2 других примесей. Такого состава рассол можно получить из отходов переработки 1 млн. т сильвинита. Сколько КС1 может быть регенерировано при этом из отходов? Массовые доли КС1 и NaCl в сильвините соответственно равны 32 и 64%. В процессе обогащения сильвинита образуется концентрат, в составе которого 95% KG и 4% NaCl (по массе), а степень извлечения КС1 80%. 2-12. При производстве 2000 т туалетного мыла 25% естественного сырья заменили кислотами, полученными из жидких парафинов. На сколько снизились при этом расходы, если себестоимость парафина составляет 51 % от себестоимости натуральных жиров? Сколько пищевого сырья было сэкономлено при этом, если жировой компонент составлял первоначально 85% от массы мыла? 2-13. Примером комплексного использования сырья является использование продуктов коксования каменного угля. Определите массу сырого бензола, объем коксового газа и массовую концентрацию в нем аммиака по следующим параметрам коксохимического производства: 1) выход сырого бензола составляет 1,2% от массы коксуемого угля; 2) массовая доля бензола в 37 сыром бензоле 70%, а степень его извлечения 95%; 3) при коксовании 1 т угля выделяется 340 м 3 (н.у.) коксового газа; 4) производственные потери аммиака составляют 4 %. Сколько угля подверглось коксованию, если в результате использования полупродуктов получено 2000 т бензола и 3300 т сульфата аммония? 2-14. Ориентировочные расчеты показывают, что только на крупных электростанциях страны в зольных отходах накапливается ежегодно около 3 млн. т оксида железа (III). Такую золу можно использовать как потенциальное сырье для получения железорудного концентрата. Какую массовую долю произведенного в СССР в 1982 г. чугуна (111 млн. т) можно было бы получить при использовании 10-летних запасов золы тепловых ГРЭС? Суммарные потери в производстве 25%, посторонних элементов в чугуне — 5% (по массе). 2-15. Жесткость природных источников имеют сезонные колебания. Так, в 2 м 3 воды в среднем течении Волги в марте содержится 88 г-ионов Са2+ и 51 г-ионов Mg2+ , а в мае — 11 г-ионов Са2+ и 6,4 г-ионов Mg2+ . Определите общую жесткость волжской воды в эти месяцы года. 2-16. Анализ 25 мл природной воды показал наличие в ней 42,5 мг Са2 +, 6,25 мг Mg2 + и 60 мг НС03-. Рассчитайте некарбонатную жесткость воды. 2-17. На водоумягчительную станцию поступает вода, содержащая 200 мг/л Са2 +, 28 мг/л Mg2+ , 110,5 мг/л свободного углекислого газа и 305,1 мг/л НСОз". Рассчитайте дозу извести (в пересчете на СаО), если станция имеет в наличии товарную известь второго сорта с массовой долей СаО 70 %. Для осветления воды доза коагулянта FeCl3 35 мг/л в пересчете на безводное вещество. Определите карбонатную, некарбонатную и общую жесткость воды. 2-18. Определите постоянную жесткость воды (Жн), если на титрование карбонатов, содержащихся в 250 мл воды, израсходовано 14 мл раствора НС1, молярная концентрация которого 0,1 моль/л, а общая жесткость (Жо) равна 5,2 ммоль/л. 2-19. Общая потеря мыла при стирке в воде, содержащей 3 ммоль/л Са2+ , составила 64% (по массе). Сколько кусков 72%-ного натриевого мыла массой 38 200 г будет израсходовано на стирку при использований 0,2 м 8 такой воды? 2-20. Жесткость воды после ее обработки известковым молоком составляет 1,25 ммоль/л ионов Са2+ . Сколько тринатрийфосфата с массовой долей основного вещества 0,95 потребуется для полного умягчения 3000 м 3 воды с учетом того, что остаточная концентрация реагента в ней не превышает санитарной нормы — 2,5 мг/л? 2-21. На окисление органических соединений, содержащихся в 250 мл исследуемой воды, израсходовано 2 мл раствора перманганата калия концентрацией 0,007 моль/л. Определите окисляемость воды (в пересчете на кислород). 2-22. На станцию водоочистки производительностью 30 000 м 3 /сут поступает вода с повышенной цветностью и мутностью. Определите недельный расход раствора коагулянта и флокулянта (полиакриламида) станцией, если расчетная доза первого 30 мг/л, второго — 0,8 мг/л, а производственные потери их составляют 8%. Рабочие концентрации коагулянта 15%, флокулянта 0,3% (по массе). 2-23. Определите суточную потребность станции водоочистки в коагулянте, содержащем 0,98 массовых долей FeS04-7H20, если расчетная доза безводного коагулянта (ГОСТ 2874—73 «Питьевая вода») 80 мг/л, производительность станции 100 000 м 3 /сут, а производственные потери коагулянта составляют 4%. 2-24. Концентрация коагулянта в расходных баках станции водоочистки равна 10% (считая на массу безводного продукта). Определите суточный расход раствора коагулянта, если его доза для данного типа воды 25 мг/л, производительность станции 30000 м 3 /сут. (Коагулянт — железный купорос 95%-ной чистоты.) 2-25. Для предупреждения биологического обрастания водорослями градирен, брызгальных бассейнов и оросительных теплообменных аппаратов оборотную воду периодически хлорируют, а охладители воды обрабатывают раствором медного купороса. Вычислите годовую потребность предприятия для этих нужд в хлоре и медном купоросе, если общий объем оборотной воды составляет 500 000 т/г. Доза хлора — 8 мг/л, доза медного купороса (в расчете на кристаллогидрат) —1,5 мг/л, 39 периодичность обработки-—3 раза в год. Технический купорос содержит 2% посторонних примесей (по массе), 2-26. Рассчитайте массу хлора, необходимую для хлорирования 5000 м 3 питьевой воды, если допустимая остаточная концентрация его должна быть равной 0,4 мг/л. При расчетах принять во внимание, что 0,3 массовых долей хлора расходуется на окислительные процессы, а производственные потери его составляют 8%. 2-27. Цех карбидных смол на 1 т продукции расходует 30 м 3 оборотной воды. Вычислите годовую потребность цеха в хлоре для предупреждения образования биологической пленки в теплообменных аппаратах, если доза хлора 8 мг/л, его производственные потери — 12%. Периодичность обработки два раза в год, а производительность цеха 9000 т/г. 2-28. Обеззараживание воды подземных источников осуществляют ее озонированием. Определите производительность озоиаториой установки, если она в течение 3 ч непрерывной работы обеспечивает обеззараживание 6000 м 3 воды. Необходимая доза озона для обеззараживания— 0,8 мг/л. Сколько израсходовано за это время воздуха, электроэнергии и воды для охлаждения оборудования озонаторнои установки, если на 1 кг озона средний расчетный расход воздуха составляет 80 м 3 , электроэнергии — 35 кВт-ч, воды — 3 м 3 ? Производственными потерями пренебречь. 2-29. Норма хозяйственно-питьевого водопотребления для городских и промышленных районов на одного жителя составляет 500 л в сутки (с учетом расходов на местную промышленность, коммунальные услуги, строительство, транспорт и т. д.). Какую суммарную производительность должны иметь все озонаторные установки города с населением 600 тыс. человек, обеззараживающие питьевую воду, если доза озона 0,8 мг/л, а обрабатывается им 60% всей воды? 2-30. Вода, используемая для хозяйственно-питьевых нужд, с содержанием фтора менее 0,5 мг/л должна подвергаться фторированию. Определите массу 2,5 %-ного раствора NaF, приготовленного из фторида натрия с массовой долей основного вещества 0,9, необходимого для фторирования 1000 м 3 природной воды с содержанием фтора 0,4 мг/л до санитарной нормы 0,8 г/м3 . 40 2-31. Определите время работы колонки с Na-кати- онитом до регенерации, если в нее поступает вола с жесткостью 5,0 ммоль/л и скоростью потока 10 м 3 /ч. Объем катионита 2 м 3 , его емкость поглощения 1200 моль/м3 . 2-32. Сколько потребуется универсального катионита КУ-2, емкость поглощения (Еп) которого 2,2 моль/кг, для обеспечения (без учета регенерации) беспрерывной двадцатидневной работы фильтров производительностью 70080 м 3 воды в год. Среднюю жесткость исходной воды принять равной 6,1 ммоль/л. 2-33. Определите емкость поглощения катионита (Еп), если высота его слоя в колонке 1,6 м, диаметр колонки 1,5 м, время работы без регенерации 75 ч. Жесткость поступающей в фильтр воды 5 ммоль/л, остаточная жесткость 0,02 ммоль/л, объемная скорость потока 8 м 3 /ч. 2-34. Вода из природного источника с общим соле- содержанием 2000 мг/л опресняется путем фильтрования через высокоемкий водород-катионит и слабоосновной анионит. Остаточное солесодержание воды, подаваемой потребителям для хозяйственно-питьевых целей, 750 мг/л. Определите: 1) объемы исходной и опресненной воды, которые смешивают на станции водоочистки в течение суток, если ее производительность 82,29 м 3 /ч; 2) сколько солей задерживают фильтры станции в сутки? 2-35. Общая производительность всех выпарных установок опреснителя в г. Шевченко составляет 100 000 м 3 /сут. Определите: 1) сколько жителей можно обеспечить этой водой, если принять расход на 1 человека 600 л в сутки? 2) какова общая масса солей, выделяющихся из морской воды в сутки, если ее солесодержание 13,5 г/л? 3) какова была бы стоимость всей этой воды, если учесть, что до строительства опреснительной установки воду на восточное побережье Каспия доставляли танкерами и себестоимость 1 м 3 ее составляла 5 руб.?
Задачи 3-1. На складе имеется 18%-ный олеум. 1. Сколько такого олеума соответствует 5 т 94%-ной кислоты* 2. Сколько 18%-ного олеума и оксида (VI) нужно для приготовления 1 т 24%-ного олеума? 3-2. В смеситель поступает 1000 кг олеума, содержащего 20% S03(CBO6> и 500 кг 90%-ной по массе H2SO4. Какова концентрация полученной смеси (в %) по массе? 3-3. Определите количество теплоты, которое выделяется при поглощении парами воды 1 кг оксида серы (VI). Теплота образования H2S04 Q— = 175,2 кДж/моль. 3-4. Сколько теплоты выделяется при конденсации 1 т серной кислоты, если H2S04r->H2S04»+ -1-50,28 кДж/моль. 3-5. В смесителе 15 т 75%-ной серной кислоты разбавлено до концентрации 65%-ной. Сколько воды добавлено и сколько теплоты выделяется при этом? 3-6. В смесителе перемешивают 95%-ную кислоту с 65%-ной в соотношении 2:1. Какой концентрации кислота получилась и сколько теплоты выделится в расчете на 1 т? 3-7. В смеситель поступает 500 кг/ч 95%-ной серной кислоты. Сколько 35%-ной кислоты нужно добавить, чтобы получить 65%-ную кислоту? Определите повышение температуры в результате смешения. 3-8. В производстве фосфорных удобрений используется 68%-ная серная кислота. Сколько воды следует добавить к 75%-ной кислоте, чтобы получить 1 т 68 %-ной? Сколько теплоты нужно отводить, чтобы температура в смесителе осталась нормальной, комнатной? 3-9. Мировое производство серной кислоты составляет 100 млн/т в год. Рассчитайте, сколько основного сырья расходуется на производство, если известно, что доля колчедана в пересчете на 45% составляет 47% от общей массы, серы —20%, сероводорода —8%, отходящих газов различных производств — 25%, содержащих оксида серы (IV) —0,3%. 3-10. Обжигают 1000 кг колчедана, содержащего 40% серы. Определите, сколько оксида серы .(IV) й огарка получено, если степень выгорания пирита 99%. 3-11. Определите объем и состав обжигового газа 47 при сжигании 380 кг серы, коэффициент избытка воздуха а=1,02, степень выгорания серы 99,8%. 3-12. Определите объем воздуха, необходимый для сжигания 3000 м3 сероводородного газа, содержащего 80% H2S (по объему), в воздухе 26% кислорода. 3-13. Определите объемный состав исходной смеси, состоящей из сероводорода и воздуха (21 % кислорода, 79 % азота), если при сжигании сероводорода получено 400 м3 оксида серы (IV) и установлено, что 85 м3 кислорода не вступило в реакцию. 3-14. Определите условный тепловой эффект горения (энтальпию) ЛН298 реакций горения FeS2, S, H2S no известным энтальпиям образования их из простых веществ. 3-15. На основании энтальпий горения ДЯГОр определите теплоту сгорания, т. е. количество теплоты, выделяющееся при сгорании 1 кг сырья пирита, серы, сероводорода (кДж/кг): A//pes2=—3415,7 кДж/моль; A#so2(r)=— 297 кДж/моль; A#HaS=—1038,7 кДж/моль. 3-16. Определите количество теплоты, выделяющееся при обжиге 1 т колчедана, содержащего 38% серы, если степень выгорания серы 0,96. A//Fes2= = —3413,2 кДж/моль. 3-17. Определите, сколько теплоты выделяется при сгорании 900 т серы. Степень выгорания 0,98. 3-18. Определите количество теплоты и теоретический расход воздуха при обжиге углистого колчедана, содержащего 35% серы и 5% углерода. Энтальпии горения колчедана и углерода соответственно равны 3415700 и 409872 кДж/кмоль. Расчет вести на 100 кг колчедана. 3-19. Определите максимальную производительность печи пылевидного обжига по переработке колчедана, если интенсивность ее работы /=1000 кг/м3 в сутки; диаметр печи d=4 м; высота h=l0 м. 3-20. Сколько оксида серы (IV) можно получить из колчедана, содержащего 42% серы, перерабатываемого за сутки в печи пылевидного обжига? Интенсивность работы печи 700 кг/м3 в сутки колчедана. Размеры печи: диаметр d=3,8 м, высота /i=10 м. 3-21. Определите диаметр и высоту печи КС по переработке колчедана по следующим данным: интенсив- 48 ность печи /i== 20000 кг/(м8 -сут), а /2=*2000 кг/(м2 -сут). Производительность печи 200 т/сут (по колчедану). 3-22. Определите объем и состав обжигового газа, выходящего из печи КС за 1 ч. Производительность П=200 т/сут сухого колчедана, если объем воздуха, подаваемого в час, составляет 2000 м3 . Расчет вести на 45%-ный колчедан при условии, что колчедан выгорает полностью. 3-23. Составьте материальный баланс обжига колчедана, содержащего 41 % серы и 4,5 % воды. Концентрация оксида серы (IV) в обжиговом газе 11,5 % (по объему). Расчет вести на 100 кг колчедана. 3-24. Для получения оптимального соотношения оксида серы (IV), кислорода и азота в газовой смеси, равного 7% S02, 11% 02 и 82% N2 (по объему), к 100 объемам обжигового газа добавили 30 объемов воздуха. Каков состав исходной смеси? 3-25. Какой объем оксида серы (IV) нужно пропустить через контактный аппарат, чтобы получить 210 т 98%-ной серной кислоты? Степень контактирования 98%. 3-26. Производительность контактного аппарата 1080 т/сут моногидрата. Газ, поступающий в аппарат, содержит 7,5% (по объему) S02, коэффициент использования оксида серы (IV) S02 98%. Определите объем газа (н. у.), поступающий в контактный аппарат за 1 ч. 3-27. Рассчитайте количество теплоты, выделяемой при окислении 1000 м3 S02 в S03: S02+1/202 *±S03 энтальпия реакции Д#а- = —94207 кДж/кмоль, если степень окисления составляет 60%. 3-28. Рассчитайте тепловой эффект реакции окисления S02 в S03 при повышении температуры в контактном аппарате от 723 К по 853 К. 3-29. Степень окисления S02 в S03 составляет 0,86. Рассчитайте изменение температуры в зоне реакции, если средняя теплоемкость газовой смеси, содержащей S02 —8%, 02—11%, N2—81% (по объему, условно принимается неизменной и составляет 1,382 (кДж/м8 «К). Энтальпия реакции ЛЯ» = —94400 кДж/кмоль (расчет вести на 100 м3 газовой смеси). 4 Заказ 1311 49 3-30. Рассчитайте повышение температуры при окислении S02 в S03 на 1 % при 773 К для газовой смеси состава S02—7%, 02—12%, N2—81%. Энтальпия реакции окисления А#=*—94400 кДж/кмоль. Теплоемкость Cso2—2,082 (кДж/м3 -К). Co.—1,402 кДж/м3Х ХК; CNa—1,343кДж/м3 -К. 3-31. Рассчитайте производительность катализатора (кг/м3 -ч) четырехслойного контактного аппарата. Высота первого слоя 40 см, второго — 54 см, третьего—" 52 см, четвертого—60 см. Диаметр аппарата 3,8 м. В аппарате в течение суток образуется 240 т оксида серы (VI). 3-32. Скорость газа, поступающего в контактный аппарат, 11 500 м3 /ч, время контакта 0,45 с. Коэффициент запаса а =1,2. Определите объем катализатора (Г=800 К). 3-33. Определите высоту слоя катализатора в контактном аппарате, площадь поперечного сечения которого 70,3 м2 , скорость газа, поступающего в аппарат, 210 м3 /с, время контакта 0,50 с, коэффициент запаса а=1,2, температура в зоне реакции 7W70K. 3-34. Подсчитайте объемную скорость газа в контактном аппарате, если объем катализатора в нем равен 15 м3 , а расход газа 9000 м3 /ч. 3-35. Определите предельно допустимую массу влаги на 1 кг S03, которая может быть принесена с печным газом в сушильные башни, чтобы вся продукция сернокислотного завода могла быть выпущена в виде 20 %-ного олеума. 3-36. Определите объем и высоту насадочной башни олеумного абсорбера, если в час поглощается из поступающего газа 3300 кг S03, коэффициент скорости абсорбции 1,58-10~4 Па, движущая сила процесса 5070 Па, удельная поверхность насадки 87,5 м2 /м3 . Площадь поперечного сечения башни 9,5 м2 , коэффициент запаса 1,3. 3-37. Определите массу олеума, поступающего на орошение, если концентрация его Ci = 19,5 %, степень абсорбции SOs=40%, концентрация олеума после абсорбции с2=21% S03(CBO6). В олеумный абсорбер поступает 30800 м3 /ч газа, содержащего 7,5% S03. 3-38. Рассчитайте, как изменится концентрация S02l выбрасываемого в атмосферу в установке двойного 50 контактирования, если степень контактирования на исходе ив третьего слоя катализатора составляет 0,900, а на выходе из четвертого слоя—-0,996. Состав газа, получаемого при обжиге флотационного колчедана в печах КС, по объему следующий (в %): оксида серы (IV) 13,8; оксида серы (VI) 0,1; кислорода 2,0; азота 79,0; воды 6,1 (состав воздуха 21% 02; 79% N2, коэффициент избытка воздуха а » 1,2). 3-39. Производительность единичного агрегата по производству серной кислоты контактным методом иа флотационного колчедана на основе двойного контактирования 1000 т/сут H2S04 (100 %). Степень превращения S02 в S03a=0,997. Выброс газов в атмосферу 16,7 MV4. Определите: 1. Сколько S02 (в кг) выбрасывается в атмосферу в сутки? 2. Сколько аммиачного поглотителя емкостью 40—50 кг/м3 газа необходимо, чтобы предотвратить выброс S02 в атмосферу?
Задачи 4-1. Определите концентрацию аммиака на входе в контактный аппарат, если уменьшение объема в результате реакции составляет 0,9. Концентрация аммиака на выходе составляет 16% (по объему). 4-2. Рассчитайте состав синтез-газа на выходе из колонны синтеза аммиака, если концентрация аммиака на входе в колонну 2% (по объему). Расчет вести на 100 кмоль газа. Уменьшение объема вследствие реакции ДУ=0,89. 4-3. Выразите состав эквимолекулярной смеси азота и водорода: а) моль/л; б) в процентах по массе; в) в процентах по объему. 4-4. Синтез аммиака осуществляется в колонне под давлением 3,03-107 Па и температуре 673 К. Газ, выходящий из колонны, имеет следующий состав (по объему в %): NH3 — 17; N2— 11,0; Н2 —72,0. Рассчитайте соот< ношение N2 и Н2 в исходной смеси газов. 4-5. В колонну синтеза поступает азотоводородиая смесь со скоростью 30000 м 3 /с. Определите, сколько аммиака (в кг) образуется за один цикл, если концентрация аммиака на входе в колонну 4% (по объему), на выходе—16% (по объему). 56 4-6. Энтальпия образования аммиака из азота и водорода при температуре 773 К и давлении 3-Ю7 Па равна Дл~-—65,8 кДж/моль. Определите, сколько теплоты выделится при синтезе 15 т аммиака в этих условиях. 4-7. Определите энтальпию образования аммиака (в кДж/кмоль) при температуре 773 К и давлении 1-Ю8 Па, если при образовании 1 кг аммиака в этих условиях выделяется 4047, 05 кДж теплоты. 4-8. Определите теоретическое повышение температуры за счет экзотермической реакции синтеза 20 м 8 аммиака из азота и водорода при следующих условиях: температура 773 К, давление 3-Ю7 Па. Содержание аммиака в газовой смеси на выходе из колонны 20% (по объему). Средняя удельная теплоемкость газа, выходящего из колонны, 32 кДж/(кмоль-К). Энтальпия реакции синтеза ДЯ77з=—61,4 кДж/моль. 4-9. Определите температуру, развиваемую в катали- заторной коробке колонны синтеза аммиака, по следующим данным. В катализаторную коробку поступает 186,88 кмоль азотоводородной смеси с соотношением водорода и азота 3: 1 при температуре 573 К (300 °С). Степень превращения азота 25%. Средняя удельная теплоемкость газа на входе в колонну 30,9 кДж/(кмоль • •К), на выходе — 32,14 кДж/(кмоль-К). Энтальпия реакции синтеза аммиака £#573=»— 40895 кДж/кмоль. 4-10. Определите производительность колонны синтеза аммиака в т/сут, если в нее поступает 40000 м 3 (н. у.) азотоводородной смеси в 1 ч. Объем катализатора составляет 5,2* 10~5 объема азотоводородной смеси, поступающей в колонну в час. Интенсивность работы колонны 4,0 т/(м3 -ч). 4-11. Определите производительность колонны синтеза аммиака, если объемная скорость газа 30000-1 ч, содержание аммиака в азотоводородной смеси на входе 4%, на выходе 20%, высота колонны 14 м, внутренний диаметр 850 мм, степень использования внутреннего объема 35%. 4-12. Определите интенсивность работы колонны синтеза аммиака в кг/кг/(м3 -ч) при давлении 3 • 107 Па и массу непрореагировавшей азотоводородной смеси при следующих условиях: а) объемной скорости газа 20000 ч~* н выходе аммиака 24%; б) объемной скорости газа 57 30000 ч-' и выходе аммиака 21%; в) объемной скоро* сти газа 120000 ч*1 и выходе аммиака 13 %. 4-13. Подсчитайте объемную скорость и производи* тельность катализатора при синтезе аммиака, если через колонну пропускают 30000 м 3 в 1 ч (н. у.) азото- водородной смеси и содержание аммиака в газовой смеси на выходе из колонны 21%. Объем, занимаемый катализатором, равен 1,25 м 3 . Производительность катализатора выразить в кг/(м3 -ч). 4-14. Через колонну синтеза аммиака в час пропускают 30000 м 3 (н. у.) азотоводородной смеси. Синтез осуществляется при давлении 3-Ю7 Па и температуре 773 К. В колонне помещено 1,2 м 3 катализатора, промежутки между кусками которого составляют 0,5 объема, занимаемого катализатором. Какова длительность реакции контактирования? 4-15. Производительность колонны синтеза аммиака 60 т/ч. Производительность катализатора 1400кг/(м3 -ч). Объемная скорость газа на входе в колонну 20 000 ч~'. Определите объем катализатора и часовой расход газовой смеси. 4-16. Определите высоту колонны синтеза аммиака по следующим данным: производительность ее 165 т/сут, объемная скорость газа 25 500 ч -1 , концентрация аммиака на входе 4% (по объему), на выходе 18% (по объему), внутренний диаметр колонны 0,85 м. Коэффициент использования внутреннего объема 35 ,%. Плотность аммиака р== 0,771 кг/м3 . 4-17. В водяной холодильник поступает 3944,27 м 3 аммиачно-воздушной смеси с содержанием аммиака 12%. Определите, сколько теплоты выделяется в водяной холодильник при конденсации половины всего аммиака и какова его концентрация на выходе из колонны. При конденсации 1 кмоль аммиака выделяется 20315 кДж теплоты. 4-18. На производство азотной кислоты подается 1,18-104 кг аммиака, 3,63-104 кг кислорода, 11,30-104 кг азота в час. Определите состав аммиачно-воздушной смеси в процентах (по объему). 4-19. На окисление поступает 26 000 м 3 сухой аммиачно-воздушной смеси, содержащей 8% NH& (по объему). Степень превращения NH3 в NO 0,98. Определите повышение температуры за счет реакции окисления. 58 Энтальпия реакции окисления Д#«—226,45 кДж/моль NH3. Средняя удельная теплоемкость нитрозного газа 32,34 кДж/(кмоль-К). 4-20. Определите температуру, развиваемую в контактном аппарате окисления аммиака, по следующим данным. В аппарат поступает 30000 м3 аммиачно-воз- душной смеси, содержащей 10% (по объему) аммиака, нагретой до 573 К (300 °С). Степень окисления аммиака 0,96. Энтальпия реакции окисления до NO ЛЯ= = —226450 кДж/кмоль. Средняя удельная теплоемкость газовой смеси до реакции 29,74 кДж/(кмоль-1ч), после реакции 32,34 кДж/ (кмоль• К). 4-21. Рассчитайте объем нитрозных газов, пропускаемых через холодильник-конденсатор в сутки. Производительность конденсатора 14,9 т/ч HN03. Концентрация N02 в нитрозном газе 8,9% (по объему). Степень абсорбции 0,97. 4-22. Определите концентрацию азотной кислоты, стекающей с первой тарелки абсорбционной колонны, если в колонну подается 1821 кг воды и 27916 м3 /ч нитрозных газов, содержащих (по объему) 9% оксида азота (IV) и 0,24% паров воды. Степень абсорбции N02 на первой тарелке 98 %. 4-23. Составьте материальный баланс контактного аппарата окисления аммиака в расчете на 1000 кг аммиака. Концентрация аммиака в аммиачно-воздуш- ной смеси 11,5% (по объему), 98% аммиака окисляется до NO, остальное количество до N2. Состав воздуха 79% азота и 21% кислорода. 4-24. На окисление 3785,6 м3 /ч аммиака поступает 27080 м3 /ч воздуха. Определите коэффициент избытка воздуха и концентрацию аммиака в аммиачно-воздуш- ной смеси. 4-25. В контактный аппарат окисления аммиака подается аммиачно-воздушная смесь, содержащая 9,75% аммиака. Определите состав нитрозных газов на выходе из контактного аппарата, если 97% аммиака окисляется до оксида азота (II), а остальная масса—до свободного азота. Состав воздуха 21% 02, 79% N2. 4-26. 20 000 м3 нитрозного газа при температуре 303К и давлении 1-Ю5 Па состава 7% NO и 5% О» за час окисляются на 90%. Сколько N03 48%-ной получается при этом? Степень абсорбции NO2 0,79. 59 4-27. Определите производительность установки, на которой получают 100%-ную азотную кислоту (в т/сут), если в 1 ч подается 135 000 м 3 аммиачно-воздушной смеси, содержащей 11% NH3. Степень окисления аммиака 0,47, степень абсорбции оксидов азота 0,985. 4-28. Определите степень окисления аммиака, если для получения 1000 т/сут 100 %-ной азотной кислоты на окисление ежечасно подается 135 000 м 3 аммиачно-воздушной смеси, содержащей 11,5% NH3. 4-29. Определите массу аммиака и воздуха, необходимую для получения 4000 кг азотной кислоты 50%-ной концентрации, при следующих условиях: степень окисления аммиака а=0,97, степень абсорбции оксидов азота Р=0,92. Содержание аммиака и аммиачно-воздушной смеси 11,5% (по объему). 4-30. Сколько кг азотной кислоты можно получить из 21 кмоль оксида азота (IV) N02? Сколько кислоты получается при абсорбции этой массы N02 водой и сколько воздуха (состава 21% 02, 79% N2) необходимо добавлять для доокислеиия образующегося оксида азота NO до оксида азота NO2. 4-31. Составьте материальный баланс производства 1 т азотной кислоты. Производственными потерями пренебречь. Состав воздуха: 21 % 02 и 79 % N2. 4-32. Определите теоретически возможную концентрацию азотной кислоты при полном окислении аммиака. 4-33. Определите часовой расход воды на абсорбцию оксидов азота из нитрозиого газа, содержащего 9,5% N02, поступающего в абсорбционную колонну со скоростью 48 000 м 3 /ч. Степень абсорбции 0,98. 4-34. Определите напряженность катализатора контактного аппарата окисления аммиака производительностью 3,0 т/ч азотной кислоты. Степень превращения NO и N02 0,96, степень абсорбции 0,99. Общая активная поверхность всех сеток катализатора 3,94 м 2 . 4-35. Аммиак окисляется на платинородиевом катализаторе в течение 0,0002 с. Объем промежутков между нитями в слое катализатора равен 0,00095 м 3 . Определите объемную скорость, с которой аммиачно-воздушная смесь проходит через слой катализатора м 3 /(м3 -ч).
Задачи 5-1. Определите процентное содержание Р20-( во флотационном фосфорите, перерабатываемом в простой суперфосфат. Процесс протекает в стандартной суперфосфатной камере диаметром 7,1 м, высотой 2,5 м и интенсивностью 600 кг/м3 в 1 ч суперфосфата, содержащего 15% Рг05. В сутки перерабатывается 7130 т фосфорита. 5-2. Определите теоретический расход серной кислоты в расчете на моногидрат для разложения 5000 кг апатитового концентрата, содержащего 50,5% СаО. 5-3. Определите расход башенной (75% -ной) серной кислоты для обработки 1 т апатитового концентрата, содержащего 52,3% СаО, если норма серной кислоты составляет 98,9% от стехиометрйческой массы. 5-4. При разложении фосфорита, содержащего 25% Р2О5, образовалось 3850 кг фосфогипеа. Считая, что разложение фосфорита произошло полностью, определите, сколько 35% -ной Н3Р04 получено при этом. Гипсовое число ^=1,6. 5-5. 12000 кг фосфорита обрабатывают серной кислотой. Анализ показал, что в полученном фосфогипсе содержание СаО 43,5%, S03 56,5%. Определите массу неразложившегося фосфата Са3(Р04)2 5-6. Рассчитайте, сколько теоретически необходимо серной кислоты (73%-ной) и воды для обработки 100 кг апатитового концентрата, содержащего 72% Саз(Р04Ь, с целью получения: а) экстракционной фосфорной кислоты полугидратным методом, т. е. с образованием CaSO4*0,5 H20; б) простого суперфосфата. (Принять для упрощения, что разложение апатита происходит полностью). В Заказ 1311 65 i-7. Из апатнтового концентрата, содержащего 37% Р2О5, получают экстракционную фосфорную кислоту яигидратиым способом. Полученная кислота 30%-ная в пересчете на Р2О5, а после выпаривания содержащая 43,5% Р2О5. Сколько упаренной кислоты можно получить из 1000 кг апатитового концентрата? Сколько воды удаляется при выпаривании? 5-8. Обрабатывают 1500 кг апатитового концентрата (СаО 52%, Р205 39,4%) башенной 75%-ной серной кислотой. Сколько воды нужно добавить для получения 35%-ной по содержанию P2Os фосфорной кислоты (процесс полугидратный)? Норма серной кислоты 105% от стехиометрической. 5-9. 1000 кг апатитового концентрата (39,4% P2Os) обрабатывают серной кислотой. Коэффициент извлечения Р2О5 при экстракции 98%, потери Р2О5 при фильтрации 20%. Гипсовое число 1,6. В результате разбавления при экстракции и отмывке отношение жидкой фазы к твердой 3:1. Какова концентрация образующейся при этом фосфорной кислоты? Сколько воды нужно удалить, чтобы продукционная кислота имела концентрацию 32 % по Р205? 5-10. Составьте материальный баланс производства 500 кг экстракционной фосфорной кислоты 35% -ной концентрации (Р205) по следующим данным: апатитовый концентрат содержит СаО 51,3%, Р205 39,1%. Концентрация серной кислоты 78%. Норма серной кислоты 98,8% от стехиометрической по СаО. Отношение жидкой фазы к твердой в пульпе 2,5: 1. Потери Р205 при экстракции и отмывке 4%. Выделение газообразной фазы за счет фтора в виде SiF4 8,21 кг.