3 Материальный баланс
3.1. 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%.
3.2. Составьте материальный баланс процесса получения 1 т карбида кальция, содержащего 90% CaС2. Сырье – антрацит марки АК с содержанием 96% углерода и негашеная известь , содержащая 85% CaO.
3.3. Составьте материальный баланс производства 1 т чистого метанола, если исходная смесь газов состоит только из СО и Н2 в соотношении 1:2; конверсия синтез газа – 20%. Выход метанола составляет 87% от теоретического.
3.4 Составьте упрощенный материальный баланс производства 1 т уксусной кислоты ( без учета побочных реакций), если выход кислоты по реакции:
CH3COH + 0,5O2 + CH3COOH
составляет 96% от теоретического, Технический этаналь 99%-ной чистоты реагирует на 98%; кислород связывается на 98%.
3.5. Над оксидом свинца массой 50 г пропущено оксида углерода (II) объемом 0,005м3 плотностью 1,25 г/л. Из общего количества свинца восстанавливается 98%. Составьте материальный баланс восстановления оксида свинца до металлического свинца.
Реакция протекает по уравнению:
PbO + CO = Pb + CO2.
3.6. Составьте материальный баланс синтеза 1 т аммиака из чистой азото-водородной смеси со стехиометрическим соотношением компонентов при выходе продукта 95%.
3.7. На синтез поступило 284 кг аммиака, из которого получено 1,14м3 азотной кислоты с массовой долей вещества HNO3 62,23% плотностью 1,390 кг/м3. Определите выход азотной кислоты. Составьте материальный баланс процесса.
3.8. Составьте материальный баланс окисления 1 т аммиака, полагая, что окисление полное. Уравнение реакции:
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O.
Следует отметить, что 2% аммиака окисляется только до молекулярного азота по реакции:
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O.
Объемная доля аммиака в аммиачно-воздушной смеси 0,11. Объемная доля кислорода в воздухе 0,2095.
3.9. Вычислите объем аммиачно-воздушной смеси и составьте материальный баланс окисления аммиака объемом 1000м3 (ρ = 0,77 кг/м3). Сырьем является аммично-воздушная смесь с объемной долей аммиака 0,115. Выход оксида азота (II) составляет 97% (масс.). Остальная часть аммиака окисляется до молекулярного азота. Объемная доля кислорода в воздухе 0,2095.
3.10. Составьте материальный баланс процесса нейтрализации азотной кислоты аммиаком на 1 т нитрата аммония. Концентрация азотной кислоты 55%, газообразного аммиака – 100%, нитрата аммония –85%. Потери аммиака и азотной кислоты – по 1%.
3.11. Составьте материальный баланс получения 1 т раствора аммонийной селитры с массовой долей NH4NO3 64%. Исходным сырьем являются : азотная кислота с массовой долей HNO3 47% и аммиак, не содержащий примесей.
3.12. Составьте материальный баланс получения 1 т раствора аммонийной селитры с массовой долей NH4NO3 66%. Исходное сырье: азотная кислота с массовой долей HNO3 48%, аммиак с массовой долей NH3 97%.
3.13. При электрокрекинге природного газ (плотностью 0,709кг/м3) с мольной долей азота 0,02 и мольной долей метана 0,98 получается газ с молярной долей ацетилена 0,15. Брутто уравнение реакции:
2СH4 = С2H2 + 3H2.
Составьте материальный баланс процесса на 1000м3(н.у.) исходного природного газа без учета побочных реакций.
3.13. Составьте материальный баланс осушения воздуха объемом 25300 м3/ч, поступающего в форсуночную печь сжигания серы. Температура воздуха 200С. Для осушения применяют 98%-ную серную кислоту, которая разбавляется до 96%-ной. Содержание насыщенного водяного пара в воздухе при 200С равно 17,3 г/м3. Считайте, что влага удаляется из воздуха полностью.
3.14. Составьте упрощенный материальный баланс производства 1 т этанола прямой гидратацией этилена:
C2H4 + H2O = C2H5OH.
Состав исходной парогазовой смеси (% по объему): этилен 20; водяной пар 40. Степень гидратации этилена 5%.Побочные реакции и давление не учитывайте.
3.15. Над оксидом меди (II) массой 50 г, находившимся в нагретой трубке, пропустили водород объемом 0,011 м3. В результате реакции образовались вода массой 8,8 г и медь. Составьте материальный баланс процесса.
3.16. Составьте материальный баланс синтеза 1 т аммиака из чистой азото-водородной смеси со стехиометрическим соотношением компонентов при выходе продукта 95%.
3.17. На синтез поступило 284 кг аммиака, из которого получено 1,14м3 азотной кислоты с массовой долей вещества HNO3 62,23% плотностью 1,390 кг/м3. Определите выход азотной кислоты. Составьте материальный баланс процесса.
3.18. Составьте материальный баланс производства 1000 м3 (р.у.) хлора методом электролиза водного раствора хлорида натрия. Брутто-уравнение реакции:
2NaCl + 2 H2O = 2NaOH + Cl2 + H2.
Концентрация NaCl в растворе 310 г/л. Плотность раствора при условиях электролиза 1,17 кг/л. Степень разложения NaCl 50%. Побочные процессы не учитывайте.
3.19. Составьте материальный баланс производства 1 т оксида этилена прямым каталитическим окислением этилена воздухом. Состав исходной газовой смеси (% об.): этилен – 3; воздух – 97.
3.20. Составьте материальный баланс окислений сероводорода, выделяемого из горючих газов в диоксид серы кислородом воздуха с его избытком, равным 1,3. Состав исходной газовой смеси (% масс.):H2S – 88; CO2 – 10; H2O(пар) – 1,5. Диоксид углерода и водяной пар остаются неизменными.
3.21. Составьте материальный баланс контактного аппарата для каталитического окисления диоксида серы, производительность которого равна 2500м3/ч исходного газа, если состав газовой смеси следующий (% об.): SO2 –9; O2 –11; N2 –80.Степень превращения диоксида серы 88%.
3.22. Составьте материальный баланс контактного аппарата для каталитического окисления диоксида серы, производительность которого равна 10000м3/ч исходного газа, следующего состава:(% об.): SO2 –8,5; O2 –12,5; N2 –79. Степень окисления диоксида серы в триоксид серы равна 98%.
3.23. Составьте материальный баланс нитратора производительностью 3 т/ч нитро-бензола. Выход нитробензола составляет 98% теоретического. Состав нитрующей смеси (%масс.): HNO3 – 20; H2SO4 – 60; H2O – 20. Расход нитрующей смеси составляет 4 кг на 1 кг бензола.