5-11. Сколько фосфорита 92%-ной концентрации Са3(Р04)2 нужно разложить в электрической печи для получения 1000 кг 73%-ной Н3Р04? Сколько энергии для этого необходимо? Энтальпия реакции: Ca3|P04|2H-5C + 2Si02=P2+5CO+Ca3Si207. А#=1460 кДж/моль. 5-12. Определите теоретический расход, воздуха, необходимый для сжигания 500 кг жидкого фосфора (Р), содержащего 0,98 % примесей. Коэффициент избытка воздуха а=1,2. Содержание влаги 10 %, 66 5-13. Сколько воды расходуется в 1 ч для образования и разбавления фосфорной кислоты в башне сме- . шения, если масса сжигаемого фосфора 2350 кг/ч, в башне улавливается 53,2% от общей массы образующегося Рг05, а концентрация полученной кислоты 73% Н3Р04. 5-14. Рассчитайте расходные коэффициенты сырья — апатитового концентрата, содержащего 86 % Са3(Р04Ь. серной кислоты (моногидрата) и воды для получения 1 т простого суперфосфата. 5-15. Рассчитайте норму серной кислоты (моногидрата и 68%-ной кислоты) на разложение 100 масс, долей апатитового концентрата, содержащего 39,6% Р2О5. Коэффициент избытка а =1,3. 5-16. Рассчитайте расход серной кислоты и воды на разложение 350 кг апатитового концентрата. Нормы серной кислоты (моногидрата) 68 масс, долей на 100 масс, долей апатита. Концентрация кислоты 75%-ная. v Разложение ведут 69%-ной кислотой. 5-17. При обработке 100 кг апатитового концентрата, содержащего 39,6 % РгОб, серной кислотой получен камерный суперфосфат, содержащий 20,5% Р2О5. После его вызревания на складе содержание Р203 составило 20,63%. Определите, сколько суперфосфата получено. Сколько воды выделилось при его вызревании? 5-18. Составьте материальный - баланс производства простого суперфосфата из 1000 кг апатитового концентрата по следующим данным: содержание Р205 в апатитовом концентрате 41,2%, концентрация серной кислоты 78%-ная. Норма моногидрата 79 масс, долей на 100 масс, долей апатита. Разложение ведут 68%-ной кислотой. Камерный суперфосфат содержит 20,4% Р2О5, суперфосфат (вызревший на складе) —20,65% Р2О5. . 5-19. Определите коэффициент разложения сырья и выход камерного суперфосфата по следующим данным: в сырье содержится 39,4% Р2О5; в суперфосфате — 20,15% Р205общ и 17,6 Р205Усв. 5-20. Определите теоретические расходные коэффициенты обогащенного фосфорита, содержащего 30% P2Os и 70%-ной в пересчете на P2Os фосфорной кислоты, на производство 1 т двойного суперфосфата. 5* Й? S-2J. Определите расход фосфорной кислоты для разложения фосфорита, содержащего 26% P2Os. Фосфор в сырье содержится в виде Ca5F(P04)3. 5-22. Для получения 1000 кг двойного суперфосфата расходуется 370,7 кг фосфорной кислоты (в расчете на Р205) и 350 кг апатитового концентрата. Определите избыток кислоты на 1000 кг апатитового концентрата по сравнению со стехиометрической массой. 5-23. Определите, сколько известняка необходимо для нейтрализации Р205св в 100 кг суперфосфата, если концентрация оксида 26,15%. В результате нейтрализации содержание Р205Своб понижается до 2,92%- Содержание СаСОз в известняке 95%, степень использования его 75%. Сколько углекислого газа выделится при этом? 5-24. 192 кг апатитового концентрата, содержащего 61% гидроксилапатита ЗСа3(Р02)2-Са(ОН)2, обрабатывают стехиометрической нормой фосфорной кислоты. Определите концентрацию (в %) РгОбобщ и РгОбусв в полученном суперфосфате. Степень разложения сырья 85%. 5-25. 250 кг апатитового концентрата, содержащего фосфор в виде Ca5F(P04)3 (концентрация Р2 05 39,2%), обрабатывают стехиометрической нормой фосфорной кислоты. При этом получается суперфосфат следующего состава: Р2О5общ=50%, Р205уСв=46,2%, а Р205Своб практически, нет. Определите степень разложения апатитового концентрата. 5-26. 350 кг апатитового концентрата, содержащего 85% Ca5F(P04)3, разлагают фосфорной кислотой, норма которой составляет 120% от стехиометрической. Степень разложения 100%. Определите содержание Р205 (свободного в %)• 5-27. Определите выход аммиачной селитры, если на получение 18 700 кг нитрата аммония израсходовано 19724 л 57.%-ной азотной кислоты (р—1351 кг/м3 ). 5-28. Определите расходные коэффициенты сырья на производство 1 кг 100%-ной гранулированной аммиачной селитры, если потери азотной кислоты в процессе производства составляют 5%, а аммиака 3,8%. Азотная кислота 58%-ной концентрации. 5-29. Сколько воды необходимо выпарить при получении 150 т 95%-ной аммиачной селитры, если исполь- 68 зуется азотная кислота 49%-ной концентрации, аммиак 100%-ный. 5-30. Составьте материальный баланс производства 1 т 70% -ной NH4NO3 по следующим данным: азотная кислота 51%-ной концентрации, аммиак 100%-ной; потери аммиака 1%, азотной кислоты 1,5%. 5-31. Составьте материальный баланс выпарки аммиачной селитры по следующим данным: на выпарку поступает 12 т 70%-ной аммиачной селитры; в результате выпаривания получается селитра, содержащая 89% NH4N03.
Задачи 6-1. Сколько ванн должно быть в цехе рафинирования меди производительностью 182,5 тыс. т в год катодной меди, если ванны работают с нагрузкой 12 кА, а выход по току для меди составляет 96%? Коэффициент использования ванн 0,96. 6-2. На заводе медицинских инструментов поверхность большинства изделий покрывают слоем никеля толщиной 5 • 10~5 м из электролита на основе NiS(>4. Определите, продолжительность электролиза для получения покрытия необходимой толщины на пинцете, поверхность которого 4,3-10~3 м 2 , если плотность металлического никеля 8,9 т/м3 , а. выход по току 96%. Сила тока при электролизе 1,9 А. 6-3. Вытекающий из диафрагменного хлорного электролизера щелок содержит 130 кг/м3 щелочи. Ванна работает с нагрузкой 25 кА, выходом по току для СЬ %Ь Ш NaOH 96%, а для водорода 98%. Рассчитайте: а) суточную производительность ванны по хлору и водороду (по массе и объему) и по щелочи; б) объем щелока, вытекающего за 1 ч из ванны. Условия нормальные. 6-4. Сколько часов должен работать электролизер БГК-17-25 для получения хлора объемом 800 м 3 , если выход по току составляет 96%, сила тока 30 кА? Условия нормальные. 6-5. Рассчитайте теоретическое значение (В) напряжения разложения при электролизе водного раствора хлорида натрия. Концентрация анолита 270 кг/м3 , като* лита 120 кг/м3 . 6-6. Рассчитайте коэффициент использования энергии для электролизера, снабженного железным катодом, где теоретическое напряжение разложения 2,16 В, а практическое 3,55 В при электролизе водного раствора хлорида натрия. Выход по току 93 %. 6-7. Определите выход по току для электролизера БГК-17-50, где в течение суток при силе тока 40 кА было получено 9821 м 3 электролитического щелока, содержащего 140 кг/м3 едкого натра. 6-8. В диафрагменном способе получения едкого натра процесс электролиза заканчивают, когда массовая доля едкого натра в растворе достигает 10%. Рассчитайте, какая массовая доля хлорида натрия подверглась электролизу, если первоначальная концентрация рассола была 310 кг/м3 , а плотность 1,197 т/м3 . 6-9. Определите степень превращения для католита, содержащего 120 кг/м3 едкого натра, если первоначальное содержание хлорида натрия составило 293 кг/м3 . Потерями в производстве пренебречь. 6-10. Определите дополнительный расход электроэнергии на получение водорода массой 1 т, вызываемы^ перенапряжением выделения газа /i=0,2 В. 6-11. Вычислите расход энергии на получение хлора массой I t в электролизере БГК-17-50, если сила тока на зажимах 25 кА, напряжение 3,6 В, выход по teUty S6% ; • • • • • • • • Оч 6-12. Определите выход по току для электролизера фирмы «Хукер», ь котором'' получается 225 - м 3 /ч ~к№ толйта, содержащего 135 KF/M3 " едкого натри. Электро? л изер р а б<этает с нагрузкой 40 к А, '•>•'• 76 6-13. Определите недельную потребность предприятия в железнодорожных цистернах грузоподъемностью 50 т для перевозки жидкого хлора, если на предприятии действуют 3 серии электролизеров БГК-17-50, по 68 штук в каждой серии. Нагрузка электролизера 50 кА, выход по току 96%. 6-14. Рассчитайте теоретический расход электроэнергии для получения едкого натра массой 1 т и хлора массой 1 т в диафрагменном электролизере, если теоретическое напряжение разложения раствора хлорида натрия равно 2,2 В. 6-15. Вычислите расход энергии на производство 1 т едкого натра в электролизере с ртутным катодом типа «Сольве» V-200, если напряжение на электродах составляет 4,56 В, выход по току 96%, сила тока 190 кА. 6-16. В цехе электролиза имеется 66 ванн с ртутными катодами. От источника постоянного тока на них подается напряжение 250 В при силе тока 30 кА. Определите производительность такого цеха в сутки по щелоку с концентрацией едкого натра 140 кг/м3 и хлору при выходе по току 96%; напряжение на каждой ванне и расход энергии на 1 т хлора и 1 т едкого натра (в отдельности). 6-17. По днищу ртутного электролизера, имеющего длину 10 м, ширину 1,5-м, протекает ртуть слоем 5 мм. При входе в электролизер массовая доля натрия в ртути равна 0,01%, а на выходе 0,2%. Выход по току 95%. Катодная плотность тока 5000 А/м2 . Определите массу 40%-ного раствора едкого натра, которую можно получить с 1 м 2 ртутного катода, и линейную скорость течения ртути. Изменением плотности ртути при образовании амальгамы пренебречь. 6-18. Определите выход по энергии для ртутного электролизера Р-101, если здесь: потенциал анода 1,42 В; потенциал катода 1,84 В; напряжение на ванне 3,55 В; выход по току 93,7%. 6-19. Рассчитайте объемную скорость циркуляции ртути в хлорном электролизере, если в поступающей ртути массовая доля натрия равна 6,015%, а в выходящей из электролизера 0,21%. Выход по току натрия равен 97%, нагрузка электролизера 25 кА. .6-20. В горизонтальном разлагателе, куда поступает в час 23 т амальгамы натрия, выделился водород объе- П т м $6 «^Определите массовую долю натрия в амальгаме (при н. у.). 6-21. Проектная годовая мощность одного из предприятий по производству соляной кислоты составляет 80 тыс. т продукта с массовой долей хлороводорода 34%. Обеспечит ли это предприятие хлором и водородом цех с 84 ваннами типа Р-30, работающий по графику предприятия? Выход по току 96%, нагрузка одного электролизера 30 кА. Выход кислоты составляет 95% от теоретического. 6-22. Диафрагменный хлорный электролизер имеет следующие показатели работы: выход по току хлора 95%; выход по току водорода 99%; нагрузка 20 кА, Какую массу соляной кислоты с массовой долей хлороводорода 35 % можно получить из всего произведенного хлора за 30 дней работы электролизера? Какой объем водорода в м3 должен произвести электролизер для получения этой массы кислоты, если объемная доля водорода на 5% больше против стехиомет^ рии?
Задачи 7-1.. Используя данные диаграммы состояния железо—углерод, определите структурные изменения в сплаве при 1173 К и снижении массовой доли углерода с 5 до 0,5 %. Что обозначают эти компоненты структуры? Сколько цементита содержится в 1 т сплава, в котором обнаружено 2,6% углерода (по массе), причем 3Д его связано химически? 7-2. Вычислите расход руды для выплавки 1000 кг чугуна, массовая доля железа в котором 93% с использованием: а) магнетита, в котором 25% пустой породы; б) гематита, в котором 27 % пустой породы; в) лимонита 2Fe203'3H20, в котором 30% пустой породы; г) гетита 2Fe203-2H20, в котором 29% пустой породы; д) сидерита FeCOs, в котором 32% пустой породы. При расчетах принять во внимание, что во всех б Заказ 1311 - at случаях из руды в чугун переходит 97% железа (по массе). 7-3. Рассчитайте 30-суточную производительность агломерационной машины в расчете на 1 м2 площади спекания, если в сутки машина производит 3600 т агломерата, а площадь аглоленты 252 м2 . 7-4. Сколько чугуна, в составе которого 92% железа (по массе), можно получить из окатышей, которые производит в течение 30 дней установка мощностью 2500 т/сут. Массовая доля Fe3C>4 в окатышах 85%, а в чугун переходит 98% железа (по массе). 7-5. Домна с полезным объемом 2000 м3 расходует на 1 т чугуна 395 кг кокса, 140 м3 природного газа, 161 м3 кислорода, а домна объемом 5000 м3 соответственно 374 кг кокса, 127 м3 природного газа, 146 м3 кислорода. Определите сокращение удельных затрат сырья и прирост выплавки чугуна в массовых долях, если первая печь производит чугуна 1,6 млн. т/г, а вторая— 4,6 млн. т/г. 7-6. Массовые доли СаО и ЭЮг в офлюсованном агломерате соответственно равны 0,1 и 0,12. Сколько известняка необходимо добавить к 1000 т такого агломерата, чтобы связать остаточный кремнезем в моносиликат кальция? Массовая доля СаС03 в известняке 90 %. 7-7. Диаметр колошника домны 8 м, распара 12 м и дна горна 10 м. Высота от верхнего уровня засыпки до распара 20 м, а от распара до дна горна 5 м. В сутки из печи производят 6 выпусков чугуна, по 600 т каждый. Определите: а) полезный объем печи; б) КИПО; в) интенсивность домны (т/м3 ). . 7-8. Какая масса оксида Железа (II) вступила в процессе мартеновской плавки в реакцию дефосфори- зации 1200 т чугуна, в составе которого 0,5% Р, если в основном продукте было обнаружено 0,001 % фосфора (по массе)? Выход стали 90% от чугуна. 7-9. Какой объем оксида углерода (II) (н. у.) вступит в реакцию полного восстановления 3200 т гематита? Сколько кокса необходимо для образования такого объема газообразного восстановителя? Массовая доля углерода в коксе 90%. 7-10. На металлургическом заводе первоначальный КИПО трех доменных печей объемом 1300 м3 , 1400 м3 82 к. 1719 м 3 равнялся 0,7. Сколько чугуна вйплавия за»щ за последующий год, если перед этим удалось увеличить массовую долю агломерата в шихте с 70 до 80%; снизить массовую долю в коксе серы на 0,2%, а золы на 2%. Примечание: 1) снижение массовой доли серы в коксе на 0,1% увеличивает производительность печи на. 7%; снижение доли золы на 1 %— соответственно на 1,5%, а увеличение доли агломерата на 1% увеличивает производительность на 1%; 2) первая и вторая печь останавливались на 30-суточный капитальный ремонт, кроме того, в течение года каждая печь на третьи сутки 9 станавливалас ь н а планово-предупредительный ремонт. 7-11. Доменный газ состава (в % по объему) 28 СО; 2,7 Н2; 58,5 N2; 10,5 С02; 0,3 СН4 сгорает в воздухонагревателе при избытке воздуха 20%. Определите: а) расход воздуха на сжигание 10000 м 3 доменного газа; б) состав газа, выходящего из воздухонагревателя; в) теплоту, выделяемую при сжиганий этого объема газа (Q=3935 кДж/м3 )". 7-12. Определите интенсивность плавки домны с полезным объемом 2500 м 3 и производительностью 2,19 млн. т/г, если известно, что расход кокса на 1 т чугуна составил 500 кг, а углеродсодержащих добавок 417 кг. Массовая доля углерода в коксе и в добавках, составляет соответственно 0,9 и 0,1. 7-13. В 1960 г. в СССР в дутье 13 доменных печей добавляли кислород из расчета 44 м 3 на 1 т чугуна. Эти печи выплавили тогда 1,8 млн. т чугуна. В 1974 г. удельный расход кислорода возрос в два раза по сравнению с 1960 г., при этом 83 домны выдали 68,3 млн. т чугуна в год. Определите: а) суммарный расход чистого кислорода для доменного производства в 1960 и 1974 гг.; б) прирост продукции (в %) за счет кислородного дутья в 1960 и 1974 гг., если 1 млн. м 3 02 обеспечивает добавку или прирост выплавки в среднем 800 т чугуна; в) среднегодовую производительность одной . домны в 1960 и 1974 гг. 7-14. В доменном цехе старого металлургического завода у печей с общим объемом 2200 м 3 трудилось 980 человек. После реконструкции объем печей возрос; до 2600 м 3 , а число работников уменьшилось на 75 человек. Определите суточный прирост выплавки чугуна б* 83*> на 1 работника, если в результате реконструкции КИПО в среднем снизился с 0,8 до 0,6. 7-15. Первоначальный расход кокса в доменной плавке составлял 600 кт/т чугуна, при замене сырой руды на офлюсованный агломерат расход кокса сократили на 15 %. Еще на 8% сократился расход кокса при повышении концентрации металла в шихте. Определите пер- ьоначальный и конечный среднесуточный расход кокса для домны с К=2700 м 3 , если КИПО! = 0,58, а КИП02 = =0,52. 7-16. Напишите уравнения реакций, происходящих в мартеновской печи в слоях шлака н металла. Какой объем оксида углерода (II) при нормальных условиях сбразуется в мартеновской печи, если массовая доля углерода в 600 т металла снизилась с 5 до 1 %? 7-17. Часто во время доводки в расплавленную сталь прибавляют алюминиевые чушки. Напишите уравнения происходящих при этом химических реакций. Сколько алюминия необходимо внести в 50 т стали для снижения массовой доли кислорода с 0,1 до 0,008%?
7-18. Годовой план мартеновского цеха 1345 тыс. т стали. В составе шихты мартеновских печей 63% чугуна (по массе). Выход стали из шихты 90%. Определите гбдовой расход металлолома и руды, если их массовое отношение в шихте 2:1. 7-19. Определите состав шихты для получения в мартеновской печи стали-40, если известно, что при завалке и расплавлении выгорает 35% углерода шихты. Массовая доля углерода: в плаве 0,9%, в чугуне 4%, в скрапе 0,3%. 7-20. Средняя скорость окисления углерода в 900- тонной мартеновской печи составляет от массы распла-. ва 0,2% в 1 ч. Сколько СО (в кг и м 3 при н. у.) образуется за плавку продолжительностью 7 ч? Какой объем кислорода (н. у.) расходуется за это время на окисление углерода? 7-21. Рассчитайте годовую производительность крупнотоннажного конвертора в слитках, если известно, что разовая загрузка в него металлической шихты 250 т, продолжительность плавки 45 мин, бракованные слитки составляют 5% (от массы шихты). Конвертор работает 320 суток в году, .... 84 7-22. Сколько 500-тонных мартеновских печей или 250-тонных конверторов необходимо для обеспечения работы доменной печи, полезный объем которой 3200 м3 , КИПО 0,48 и время ремонта 25 суток в 5 лет? Длина плавильного пространства мартеновской печн 19 м, ширина 6 м, съем стали 9 т/м2 пода в сутки, время работы 330 суток в году. Конвертор выдает 1 плавку за 0,75 ч и работает 320 суток в году. На 1 т мартеновской стали расходуется 0,9 т чугуна, а на 1 т конверторной стали 0,95 т чугуна. 7-23. Определите объем кислорода (н. у.), необходимого для окисления примесей при переделе 1000 т чугуна в сталь, если массовые доли углерода снизились с 4,5 до 0,3%, кремния с 1,5 до 0,3% и марганца с 1,7 до 0,4%. 7-24. Кислородно-конверторный цех. имеет два крупнотоннажных конвертора производительностью по 400 т в 1 ч. Определите годовую производительность цеха, расход и себестоимость металлической шихты (на 1 плавку), годовой расход кислорода (н. у.), если известно, что продолжительность плавки 40 мин, среднегодовой брак слитков 8%, себестоимость 1 т стали 65 руб., себестоимость металлошихты 80% от стоимости стали, удельный расход кислорода 50 м3 /т, цех работает бесперебойно 330 дней в году. 7-25. Сколько стали, в составе которой 99% железа (по массе), теоретически можно получить методом прямого восстановления в электропечах из 1000 т металлизированных окатышей? Массовая доля железа в сырье 70,29%. 7-26. Сколько ферросплавов нужно взять для получения в дуговой электропечи 500 т стали марки 45Х2НЗ, если степень использования ферросплавов 90%,. а массовая доля легирующих металлов в каж« /лом 50%? 7-27. Сколько едкого натра вступит в реакцию при мокром щелочном обогащении 1 т диаспора, в составе которого 56% А120з, 26% Fe203 и 3,7% Si02 (по массе)? Какова массовая доля железа в красном шламе, если в: него перешло 4/s Si02 в виде алюмосиликата? ' 7-28. Сколько кальцинированной соды, в cocfaee ко1 -' торой 5% некарбонатных примесей и 7% известняка; (по массе), необходимо для извлечения сухим щелочей' ным способом глинозема из 120 т гидрагиллитового боксита, в составе которого: 40% А1203 и 12% SiOa (по массе). Сколько глинозема можно получить при этом, если выход его составляет 85%? Примечание: известняк взаимодействует с кремнеземом боксита с образованием двухкальциевого силиката. 7-29. Сколько глинозема, двухкальциевого силиката, соды и поташа можно получить при комплексной переработке 20 т нефелина путем спекания его с известняком, если в составе нефелинового концентрата 12% Na20; 7% К20; 29% А1203 и 43% Si02 (по массе)? Какая масса известняка потребуется для спекания с нефелином? Массовая доля СаС03 в известняке. 0,9. Производственные потерн не учитывать.
Задачи 8-1. В процессе обогащения угля образуется большая масса алюмосиликатных отходов, которые могут составлять до 70 % (по массе) от шихты для получения строительного кирпича. Определите экономию природных материалов при производстве 1 млн. штук кирпичей, если для получения 1000 кирпичей расходуется 2,3 м 3 глины, 0,8 м 3 древесных опилок и 245 кг топлива; при использовании углеотходов надобность в опилках отпадает и расход топлива снижается на 10 % (по массе). 8-2. Рассчитайте состав шихты (по Si02 и СаО) для производства 2000 т портландцемента; если по результатам анализа известны массовые доли компонентов известняка 93,2% СаСОз; 2,1% MgCOs и 4.7% прочих примесей; глины 46,4% Si02; 35% А12Оа; 6,6% Fe203; 12% Н20, полученного клинкера 66% СаО; 23% Si02; 6% А1203; 2,5% Fe203; 1% MgO и других 1,5%. (по массе). 8-3. В составе портландцемента 55% алита, 20% белита, 12% трехкальциевого алюмината, 1.0% четырех-* кальциевого длюмоферрита (по массе). Определите силикатный и глиноземный модуль цемента. -л ! 8*4. Вычислите коэффициент насыщения (КН) по., следующим данным состава цемента: 3CaO-Si02 53%; 2CaOSi02 17%; ЗСаОА1203 12%; 4CaO-Al203.Fe203 13%; свободный кремнезем 4%; свободный СаО 0,47%; $03 0,53%. 8-5. Определите выход цементного клинкера из 5000 м3 исходного шлама, плотность которого 1080кг/м3 , влажность 36%, унос пыли 7% от сухого вещества в массе. Печь работает на газовом топливе. 8-6. Цементный завод имел три вращающиеся печи, производительностью 236000 т в год каждая. В результате реконструкции с 1 апреля демонтировали первую печь и вновь ввели в строй с 1 июля четвертую печь, а с 1 августа — пятую печь, производительностью 570 000 т в год каждая. Определите массу клинкера, полученную предприятием в год реконструкции. 8-7. Сколько воды потребуется для гидролиза и гидратации трех важнейших минералов 200 кг цемента, в составе которого 50 % C3S, 20 % C2S и 12 % С3А1 (по массе), если уравнения реакций имеют следующий вид: 3CaO.Si02+5H20=2CaO.Si02-4H20+Ca(OH)o 2СаО • Si02+4Н20 « 2СаО • Si02 • 4Н20 ЗСаО • А1203+6Н20=ЗСаО • А!203 • 6Н20 Сколько свободной щелочи образуется при этом? 8-8. Для получения 1000 м3 керамзитобетона пошло 250 т цемента, 680 т керамзитового гравия, 150 кг перлитового песка и 336 м3 воды. Определите плотность полученного бетона, если 25 % воды испаряется в процессе созревания. К какой группе (по плотности) относится подобный бетон? 8-9. При производстве газобетона в качестве газооб-* разователя применяют алюминиевую пудру. В бетонной смеси при этом происходит следующая реакция: 3Ca(OH)2+2Al+6H20«3CaO.Ai203-6H20+3H2 :,= Определите примерную пористость бетонной массы при расходе 270 г алюминия на 1 м3 газобетона. 8-10. Для получения 1 т стекла расходуется 650 кг песка, 185 кг соды, 109 кг сульфата натрия, 68 кг известняка, 165 кг доломита, 103 кг пигмента и 15 кг угля. 90 Ойределите общую массу сырья для суточной работы печи, которая производит 200 т стекломассы, причем 20% продукта (по массе) наваривается из обратного стеклобоя. Какой объем занимает шихта, если плотность песка 1800 кг/м3 , соды 900 кг/м3 , сульфата натрия 1000 кг/м3 , известняка 1700 кг/м3 , доломита 1700 кг/м3 , пигмента 1800 кг/м3 и угля 400 кг/м3 ? 8-11. Для удешевления производства тарного стекла вместо соды используют смесь минерала мирабилита с углем. Вычислите расходные коэффициенты для сырьевых материалов с учетом вышеуказанной замены для получения 1 т стекла следующего состава: SiC>2 72%; Na20 16%; СаО 5,2%; А1203 3,5% и MgO 3,3% (по массе). 8-12. Для получения жидкого стекла используют ток называемую силикат-глыбу общего состава P20-/zRO;., где п колеблется от 2,65 до 4. Определите расходные коэффициенты карбоната натрия и кремнезема для получения 1 т силикат-глыбы с п—3. 8-13. Печь для варки стекла, производящая в сутки 300 т стекломассы, имеет ванну, длина которой 60 м, ширина 10 м и глубина 1,5 м. Определите: а) годовую производительность, если 15 суток в году печь находится в ремонте; б) интенсивность печи за сутки работы (в т/м2 пода); в) сколько листов оконного стекла,. которое можно получить за год работы печи, если стандартный размер листа 1250X700X2 мм, а плотность 2500 кг/м3.
8-14. Для получения шлакоситаллов была использована шихта, в составе которой 60% доменного шлака, 20% кварцевого песка, 6% глины, 4% сульфата натрия и 10% каталитических добавок (сульфидов и фторидов марганца и железа) по массе. Выразите в виде оксидов примерный качественный состав шлакоситаллов. Определите массовые доли СаО, Si02, A1203 в 1 т продукта, если в составе шлака 10% А1203, 40% СаО и 35% Si02, а в глине 50% Si02, 20% А1203 и 1,5% СаО (по массе). Производственные потери не учитываются.
Задачи 9-1. Проектная производительность Канско-Ачинско- го топливно-энергетического комплекса (КАТЭК) — 1 млрд. т. бурого угля в год. Планируется построить на базе КАТЭК несколько тепловых электростанций общей мощностью 43 млн кВт. Полагая КПД тепловой электростанции 22%, рассчитайте, какая масса топлива будет использована для других целей. 9-2. Балансовые запасы углей Боготольского месторождения КАТЭК составляют 6937 млн. т. Определите объем оксида серы S02 (н. у.), который будет загрязнять воздух при полном использовании всех запасов этого угля в качестве энергетического топлива. Массовая доля серы в угле в среднем 0,8%. Какую массу 100%-ной серной кислоты можно получить из дымовых газов, если бы 15 % всего оксида удалось уловить? Какую массовую долю, выраженную в процентах, от выпуска кислоты в 1978 г. (22,4 млн. т) составит утилизированная серная кислота? 9-3. Определите, какую массу пыли за год рассеет На прилегающих площадях тепловая электростанция мощностью 0,5 млн. кВт, работающая на буром угле КАТЭК, если ее КПД 15%. Потери с уносом составляют 1,5% от массы угля. Сколько железнодорожных вагонов грузоподемностью 60 т необходимо для перевозки »той пыли? 9-4, Определите, какая масса бромида свинца (Щ будет выброшена в атмосферу города за год всеми автомашинами таксомоторного парка, если здесь 150 автомобилей ГАЗ-24 «Волга». В сутки 1 автомобиль про- 94 ходит в среднем 400 км, расход топлива А-76 15 л на 100 км. По ГОСТ 13 210—72 в топливе этой марки содержание тетраэтил свинца (ТЭС) 0,41 г/кг. Плотность топлива 0,73 г/см3 . • 9-5. При получении водорода парокислородной конверсией метана часть сырья сгорает в самом реакторе. Процессы здесь могут быть выражены уравнениями: 2СН4+02=2СО+4Н2+66,88 кДж/моль СН4+М20=СО+ЗН2—209 кДж/моль. Следует подобрать состав трехкомпонентной газовой фазы в молях (х СН4 : у 0 2 : г Н20) так, чтобы суммарная удельная теплота реакции была близка к нулю. 9-6. В 1975—1977 гг. в мире производили ежегодно 30 млн. т водорода. При этом около 70% получали из природного газа. Если известно, что за данный период добывали 700 млрд. м 3 природного газа, рассчитайте, какая массовая доля его шла на производство водорода. Реальный выход водорода при паровой конверсии метана 2,3 моль/моль СН4. Необходимо принять во внимание, что объемная доля метана в природном газе равна 90%. 9-7. Торфяной воск получают экстрагированием торфа. Расходный коэффициент сырья 16,7 кг/кг. Какую массу кускового торфа в (т) с влажностью 40% надо добыть, чтобы получить массу воска 500 т? 9-8. Возможно получение метана из бурого угля с использованием теплоты ядерного реактора. Переработка такого угля массой 660 т с массовой долей углерода в угле 55,6% дает метан объемом 1,1-105 м 3 . Определите выход метана в процентах от теоретического. 9-9. Один ядерный реактор мощностью 3000 кВт может обеспечить работу семи газогенераторов с массовым расходом 40 т/ч буроугольного полукокса с массовой долей углерода 72%. При этом получается синтез-газ для производства метанола, объемная доля СО в котором 31,5, а водорода 66,3%. Приняв выход метанола 80% от теоретического, а степень превращения полукокса в газ 90%, рассчитайте массу метанола, которую можно получить на установке за сутки. 9-10. Определите объемные доли компонентов воздушного генераторного газа в процентах, если реакция 9S газификации углерода дойдет до конца. При расчете принять состав воздуха таким: 02—21 % (по объему), остальное — азот. 9-11. Определите производительность по газу, м 3 /ч, полумеханизнрованного газогенератора с вращающейся шахтой диаметром 3,315 м, высотой 0,785 м, если интенсивность процесса по топливу (кокс) 200 кг/м2 -ч, а вы* ход воздушного газа 4 м 3 /кг. 9-12. При газификации кокса в полумеханизирован- ных газогенераторах выход сухого водяного пара составляет 1,5 м 3 /кг. Объемная теплота сгорания Q= = 11 430 кДж/м3 для газа и удельная теплота сгорания 28 050 кДж/кг для кокса. Определите КПД газификации. 9-13. Рассчитайте, какой объем аммиака в год может быть получен при совместной работе коксохимического завода, перерабатывающего в год шихту массой б млн. т, и кислородно-конверторного цеха, где в сутки подвергают разделению 1,88*106 м 3 воздуха. Принять выход газа от шихты 300 м 3 /т. Объемная доля водорода в газе равна 55%, объемная доля азота в воздухе 78%. 9-14. При полукоксовании торфа получается газ, в котором объемные доли компонентов равны; Нг—16; СН4—18; С02—41; азот—11,5; СО—13,5%. Выход газа 18% от массы исходного сырья. Рассчитайте, какую массу торфа следует подвергнуть полукоксованию для заполнения газом газгольдера диаметром 18 м и высотой 6 м (я. у.). 9-15. Энерготехнологический комбинат, где в год перерабатываются сланцы массой 16 млн. т, обеспечивается электроэнергией от собственной ТЭЦ установленной мощностью 240 тыс. кВт. ТЭЦ работает на газе, получающемся при термической переработке сланца. Выход газа 240 м 3 /т, его теплота сгорания 51 500 кДж/м3 . Коэффициент полезного действия ТЭЦ 10%. Определите массовую долю сланца в процентах, расходующегося на производство электрической и тепловой энергии.
Задачи 10-1. Таз, образующийся при термоокислительном крекинге (пиролизе) метана, имеет состав: С2Нз— ЮЗ М%. С2Н4-0,6%, СЙ4~6%, Н2~-54%, СО-26%, СОг —3,7%, других продуктов 1,2%. При обработке диметилформамидом из газа извлекаются ацетилен, этилен и оксид углерода (IV). Отходящие газы содержат в основном водород и оксид углерода (II). Рассчитайте содержание СО и Н2 в газе после очистки. 10-2. На получение 1 т метилового спирта расходуется 2500 м 3 синтез-газа (смеси СО и Н2 в соотношении 1:2). Найдите выход метанола. 10-3. Рассчитайте объем синтез-газа (м3 ), необходимого для получения 1 т метанола 98% -ной чистоты, если в присутствии катализатора и при оптимальных условиях можно достичь 87% выхода метанола. 10-4. Константа равновесия обратимой реакции получения метилового спирта из синтез-газа при температуре 573,15 К равна /Ср ' =2,316-10~4 , а при 673 К К" = 1,091 • 10~5 . Подсчитайте стандартную теплоту реакции (тепловой эффект) и объясните, почему значение константы равновесия процесса падает с повышением температуры. 10-5. Вычислите среднюю объемную скорость и удельную производительность катализатора процесса синтеза метанола, если в колонну синтеза загружено 1,5 м 3 катализатора, производительность колонны 100 т в сутки СН3ОН, в 1 ч через катализатор проходит 75000 м 3 газовой смеси. 10-6. Рассчитайте объем синтез-газа (СО : 2Н2, н.у.), который необходимо пропустить через колонну синтеза в сутки, если производительность реактора 100 т в сутки СНзОН и выход 85% от теоретического. 10-7. Рассчитайте теплоту, которую нужно отвести с помощью холодильника из реактора синтеза метанола, если тепловой эффект реакции Qp= =90 085 кДж/моль; исходный синтез-газ имеет состав 20% СО и 80% Н2 (по объему), скорость подачи его 80 000 м 3 /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 Ср— = 32,3 кДж/(кмоль-град). Тепловыми потерями пренебречь. 10-8. Синтез метилового спирта ведут под давлением 3-Ю7 Па и при температуре 623—673 К. Выходящий из реактора газ имеет состав (в % по объему): 104 СНзОН—16, СО—12, Нг~72. Рассчитайте соотношение СО и Н2 в исходном газе, поступающем в колонну синтеза. 10-9. Рассчитайте часовую производительность ректификационной колонны для смеси метанол — вода, если колонна работает 365 дней в году (из них 10 дней отводится на плановый ремонт и 18 дней на капитальный) и перерабатывает 13 000 т смеси в год. 10-10. В настоящее время в промышленности внедрены четыре метода получения ацетилена. Напишите уравнения реакции синтеза С2Н2 из разного сырья и объясните, почему стоимость ацетилена по способу окислительного пиролиза на 35 % ниже, чем по карбидному методу. 10-11. Состав газа (в % по объему), образующегося при электрокрекинге метана: С2Н2—13,3; С2Н4—0,9; СН4—27,5; Н2—48,4, других ацетиленовых углеводородов и бензола 9,9%. Из газа выделяют ацетилен абсорбцией диметилформамидом. При этом происходит отделение этилена и других органических примесей. Отходящие газы содержат в основном водород и метан. Вычислите: 1) состав газа после обработки диметилформамидом; 2) сколько аммиака (теоретически) можно получить из 1000 м3 газа электрокрекинга метана? 10-12. Вычислите расходный коэффициент на 1 т СНзСООН для карбида кальция, содержащего 85% СаС2, если выход ацетилена 97%, уксусного альдегида 95% и уксусной кислоты 96%. 10-13. Определите теплоту реакции образования ацетилена из карбида кальция, если теплоты образования (в кДж/кмоль) составляют: СаС2—(—62 700); Н20—(—241840); СаО— (—635 100); С2И2—226 700. 10-14. При окислительном пиролизе природного газа с целью получения ацетилена необходимая теплота получается за счет сжигания части метана. Подсчитайте общий тепловой эффект реакций термоокислительного крекинга (пиролиза) метана, если основные реакции пиролиза следующие: СН4+202->С02+2Н20 CH4+0,5O2-*CO-f-H2 2CH4-^C2H2+3H2 105 На основании расчетов докажите, что необходимая теплота для реакции получения ацетилена выделяется при сжигании части метана. 10-15. Ацетилен, получаемый карбидным методом, имеет высокую концентрацию 99 (по объему), но небольшие примеси соединений азота, фосфора и серы оказываются очень вредными для дальнейшей химической переработки ацетилена. Для очистки от них используют растворы гипохлорита натрия. Сколько гипо- хлорита натрия надо взять, чтобы полностью удалить все вредные примеси из 1000 м 3 С2Н2? Содержание их следующее: 500 мг/м3 РН3, 300 мг/м3 H2S и 200 мг/м3 МНз. Практически найдено, что для удаления 1 г примесей требуется 5,5 г гипохлорита натрия. 10-16. Технический карбид кальция содержит 90% СаС2, найдите его литраж (т. е. объем ацетилена в 1 л при и. у., выделяющегося из 1 кг СаС2). 10-17. Рассчитайте расходные коэффициенты природного газа (при н. у.) и кислорода, необходимые для получения 1 м 3 ацетилена термоокислительным крекингом (пиролизом) метана, если кислорода берут в объеме 65% от метана, конверсия метана в ацетилен составляет 30%, а содержание метана в природном газе 98%. Основная реакция термоокислительного крекинга следующая: 2СН4**С2Н2+ЗН2—Q 10-18. Вычислите объем ацетилена, который получается из 1 т карбида кальция, содержащего 92% СаС2, если карбид на 98% превращается в ацетилен. 10-19. Рассчитайте теоретический расходный коэффициент для ацетилена и выход ацетальдегида при получении 1 т ацетальдегида на основе реакции Кучеро- ва, если конверсия ацетилена 50%, выход в расчете на прореагировавший С2Н2 90%, практический расход ацетилена 680 кг на 1 т ацетальдегида. 10-20. При получении ацетальдегида по реакции Кучерова протекают побочные реакции уплотнения (конденсации) ацетальдегида в кротоновый альдегид, образования уксусной кислоты, ацетона и полимерных соединений. Вычислите массу ацетальдегида и кротоно- вого альдегида, которую можно получить из 1 т ацети- . лена, если чистота ацетилена 99%, конверсия 50%. 106 выход ацетальдегида 89%, а кротонового альдегида f% ч на прореагировавший ацетилен. 10-21. Метод получения ацетальдегида прямым каталитическим окислением этилена имеет большие экономические преимущества: себестоимость ацетальдегида на 40% ниже, чем при прямой гидратации ацетилена. Рассчитайте выход ацетальдегида по этому способу, если практически -получается 1,5 т СН3СНО на 1 т 99,5%-ного этилена. 10-22. Рассчитайте тепловой эффект реакции получения ацетальдегида на основе реакции Кучерова, если теплота образования (в кДж/кмоль) составляет: С2Н2- (—226 750); Н 2 0 - (—241840); СН3СНО— (—166590). Рассчитайте теплоту, выделяющуюся при образовании 1 т альдегида. 10-23. Вычислите расходный коэффициент для природного газа, содержащего 98% (по объему) метана для производства 1000 т уксусной кислоты из ацеталь- ? эгида, если выход ацетилена при термическом крекинге природного газа 10%, выход ацетальдегида 90% и уксусной кислоты 95%. 10-24. В качестве побочных продуктов при окислении ацетальдегида в уксусную кислоту получаются ме- тилацетат, этилидендиацетат, муравьиная кислота, оксид углерода (IV) и др. Рассчитайте массу метилацетата, которая получается в сутки на установке производительностью 2000 кг/ч уксусной кислоты, если в метила- цетат превращается 1 fo ацетальдегида, а выход уксусной кислоты на стадии окисления составляет 97% на аце- тальдегнд. 10-25. «Ледяную» (безводную) уксусную кислоту (99,8%-ной концентрации) можно использовать для получения уксусной эссенции (75%-ной концентрации СНзСООН). Сколько воды и «ледяной» кислоты СНзСООН надо взять, чтобы приготовить 2 т уксусной эссенции? 10-26. Рассчитайте степень окисления ацетальдегида в уксусную кислоту (по формуле x=*(Ct—C2):Ci-100%, где Си С2— концентрации в исходном и конечном продуктах), если концентрация СНзСНО в исходном техническом продукте 99,5%, на побочные реакции окисления израсходовано ацетальдегида 2% и остается непрореагировавшего 2 %. 107 10-27. Окислительная колонна в производстве уксусной кислоты имеет размеры d=900 мм, Л=16 м, внутри нее находится змеевик (с охлаждающим агентом) в виде трех секций объемом 2 м 3 . Вычислите выход уксусной кислоты, считая ее 100%-ной концентрации, с 1 м 3 окислительной колонны. Колонна производит 20 000 т кислоты в год. 10-28. Рассчитайте расходный коэффициент для карбида кальция, содержащего 65% СаСг, на 1 т хлоро- прена, если выход ацетилена из карбида кальция составляет 98% от теоретически возможного, винилаце- тилена из ацетилена 30%, а хлоропрена (на стадии жидкофазного гидрохлорирования винилацетилена) 80%. 10-29. Винилхлорид в промышленности получают разными способами: дегидрохлорированием 1,2-дихлор- этана, гидрохлорированием ацетилена, комбинированными методами (например, одновременное хлорирование этилена с дегидрохлорированием дихлорэтана :г гидрохлорированием ацетилена). Напишите химические реакции промышленных способов получения винилхло- рида и рассчитайте массу мономера, которая получится по комбинированному методу из 100 м 3 газовой смеси, состоящей из 70% этилена и 30% ацетилена, если выход дихлорэтана 90%, винилхлорида при дегидрохло- рировании дихлорэтана 40%, а при гидрохлорироваиии ацетилена 98%. 10-30. Составьте материальный баланс получения 1 т винилхлорида гидрохлорированием ацетилена, если конверсия ацетилена 98%, избыток НС1—10%, выход винилхлорида 93%. Ацетилен принять 100%-ным, побочными реакциями пренебречь. 10-31. Вычислите объем природного газа (н. у.), необходимый для получения 50 т муравьиной кислоты путем каталитического окисления метана, если в природном газе содержится 98% по объему метана.