Zadachi_OKhT_Min_ekzamen_TOV_2012_9-01-12
.doc
|
Рассчитать материальный и тепловой балансы реактора-нейтрализатора для получения аммиачной селитры производительностью 20 т NH4NO3 в час. В производстве применяется 47%-ная азотная кислота и 100%-ный газообразный аммиак. Потери азотной кислоты и аммиака в производстве составляют 1% от теоретически необходимого количества для обеспечения заданной производительности. Из реактора-нейтрализатора аммиачная селитра выходит в виде 75%-го раствора NH4NO3 в воде с температурой 97 °С. Определить количество влаги, испарившейся в результате экзотермической реакции нейтрализации: HNO3 + NH3 = NH4NO3 + 145,91 кДж. Температура исходных реагентов – 40 °С. Теплоемкости: аммиак – 32,5 Дж/(моль*К); растворы кислоты и селитры – 3,87 кДж/(кг*К). Теплосодержание водяного пара составляет 2340 кДж/кг. |
||||||||||||||||||||||||
|
Степень окисления SO2 в SO3 составляет x1 = 0,65. Рассчитать изменение температуры в зоне реакции, если средняя теплоемкость газовой смеси, содержащей (% (об.)): SO2 – 8, O2 – 11 и N2 – 81, условно принимается неизменной и равна 1,382 кДж/(м3*°С). SO2 + 1/2O2 = SO3 + 94,207 кДж.
|
||||||||||||||||||||||||
|
Рассчитать повышение температуры при окислении SO2 (x = 30 %) при 420 °С для газовой смеси состава (% (об.)): SO2 – 7; O2 – 12 и N2 - 81. Теплоемкость кДж/(м3*°С): SO2 – 2,082; SO3 – 2,26; O2 – 1,402, N2 - 1,343. Расчет вести на 1 м3 газа. Определить состав газовой смеси на выходе (% об.) SO2 + 0,5O2 = SO3 + 94,207 кДж.
|
||||||||||||||||||||||||
|
При обжиге шихты, содержащей 10т известняка (состав – 93% CaCO3; 7% примесей) и кокс, определить: 1) расход кокса состава (% (масс.)): С – 92; золы -6; влаги – 2; 2) состав обжиговых газов в процентах (по объему); 3) тепловой эффект реакции обжига. Степень превращения при обжиге известняка 95%. Воздух подается с избытком =1,4. Теплоты образования кДж/моль: CaCO3 – (-1 206); CaO – (-635,1); CO2 – (-393,51). Теплотворная способность чистого углерода 393,5 кДж/моль.
|
||||||||||||||||||||||||
|
Опередить количество теплоты, выделяющееся при обжиге 1 т колчедана, содержащего 38% серы, если степень выгорания серы из колчедана 0,96. Воздух подается в избытке =1,7. Определить состав газовой смеси на выходе (% об.). Чистый колчедан содержит 53,35% серы и 46,65% железа. Молекулярная масса: 4FeS2 – 480. Процесс горения колчедана описывается суммарным уравнением: 4FeS2 +11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 + 3413,2 кДж
|
||||||||||||||||||||||||
|
Рассчитать расход природного газа (м3), для производства глинозема (Al2O3). Потери теплоты в окружающую среду составляют 5% от общего расхода. Температура в зоне реакции 1200 °С. Температура реагентов, поступающих в печь 25 °С. 2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O Теплотворная способность газа 33 950 кДж/м3. Теплота образования (кДж/моль): Al(OH)3 - (-1243); Al2O3 – (-1676,0); H2O – (-241,84). Теплоемкость (кДж/(кг*°С)): Al(OH)3 при 20 °С – 0,879; Al2O3 и H2O при 1200 °С - 1,327 и 2,12 соответственно. Молекулярная масса: Al(OH)3 – 78; Al2O3 – 102; H2O – 18.
|
||||||||||||||||||||||||
|
Какое количество теплоты выделиться при хлорировании 1 т бензола, если конечная смесь в жидкой фазе содержит 39% хлорбензола, 1% дихлорбензола, 60% бензола? Образующийся хлороводород представляет собой газовую фазу. Определите селективность процесса. Теплоты образования (кДж/моль): C6H6 - (-49,063); C6H5Cl – (-52,17); C6H4Cl2 - (-53,05); HCl – (-92,36). Молекулярная масса: C6H6 – 78; C6H5Cl – 122,5; C6H4Cl2 – 146. Хлорирование идет по реакциям: C6H6 + Cl2 = C6H5Cl + HCl; C6H6 + 2Сl2 = C6H4Cl2 + 2HCl
|
||||||||||||||||||||||||
|
Какое количество теплоты выделиться при хлорировании 10 т бензола, если конечная смесь в жидкой фазе содержит 27% хлорбензола, 8% дихлорбензола, 65% бензола? Образующийся хлороводород представляет собой газовую фазу. Определите селективность процесса. Теплоты образования (кДж/моль): C6H6 - (-49,063); C6H5Cl – (-52,17); C6H4Cl2 - (-53,05); HCl – (-92,36). Молекулярная масса: C6H6 – 78; C6H5Cl – 122,5; C6H4Cl2 – 146. Хлорирование идет по реакциям: C6H6 + Cl2 = C6H5Cl + HCl; C6H6 + 2Сl2 = C6H4Cl2 + 2HCl
|
||||||||||||||||||||||||
|
Подсчитать: а) объем сухого воздуха для полного сгорания газа полукоксования бурого угля, если коэффициент избытка воздуха = 1,2; б) состав продуктов сгорания; в) теплотворную способность (кДж/м3) газа полукоксования. Состав газа (% (об.)): СH4 -20; H2 – 42; CО – 6; CO2 – 16; O2 – 0,4; N2 – 15,6. Теплоты сгорания компонентов газа (кДж/моль): CH4 – 890,95; C2H4 – 1560,92; H2 – 285,84; CO – 283,01. Расчет вести на 1000 м3 газа. Полукоксование – это метод переработки твердого топлива путем нагревания его без доступа воздуха до 500-600 °С с получением газа, служащего либо высокосортным топливом, обладающим высокой теплотворной способностью, либо сырьем для химических производств. Реакции полного сгорания составных частей газа: CH4 + 2O2 = CO2 +2H2O CO + 0,5O2 = CO2 H2 + 0,5O2 = H2O
|
||||||||||||||||||||||||
|
Подсчитать: а) объем сухого воздуха для полного сгорания газа полукоксования бурого угля, если коэффициент избытка воздуха = 1,5; б) состав продуктов сгорания; в) теплотворную способность (кДж/м3) газа полукоксования. Состав газа (% (об.)): С2H4 -16; H2 – 48; CО – 12; CO2 – 19; N2 – 5. Теплоты сгорания компонентов газа (кДж/моль): C2H4 – 1 560,92; H2 – 285,84; CO – 283,01. Расчет вести на 1000 м3 газа. Полукоксование – это метод переработки твердого топлива путем нагревания его без доступа воздуха до 500-600 °С с получением газа, служащего либо высокосортным топливом, обладающим высокой теплотворной способностью, либо сырьем для химических производств. Реакции полного сгорания составных частей газа: C2H4 + 3O2 = 2CO2 + 2H2O CO + 0,5O2 = CO2 H2 + 0,5O2 = H2O
|
||||||||||||||||||||||||
|
Определить расход кокса (содержит 94% С и 6% примесей) и водяного пара для получения 1000 м3 генераторного газа и количество теплоты, выделяющейся при газификации твердого топлива, если из генератора выходит газ состава (% об.): СО – 28; H2 – 44,2; СО2 – 16,2; H2O – 5,8 и N2 – 5,8. Теплоты образования (кДж/моль): СО – (-110,58); СО2 – (-393,8); H2O (пар) – (-242,0). В генераторе идут реакции: С + Н2О = СО + Н2 СО + Н2О = СО2 + Н2
|
||||||||||||||||||||||||
|
Рассчитать тепловой баланс контактного аппарата для частичного окисления SO2 производительностью 25000 м3/ч и определить количество отводимой теплоты. Газовая смесь на входе в аппарат содержит (% (об.)): SO2 – 9; О2 – 11; N2 - 80. Степень окисления 88%. Температура входящего газа 430 °С; выходящего - 580°С. Теплоемкость смеси (условно считаем ее неизменной) - 2,052 кДж/(м3*°С). Потери теплоты в окружающую среду 5% от прихода теплоты. SO2 + 1/2O2 = SO3 + 94,21 кДж.
|
||||||||||||||||||||||||
|
Составить тепловой баланс генератора водяного газа при газификации 1т кокса, содержащего (%): C – 93, золы – 4 и H2O – 3, - и подаче 1575 кг водяного пара на 1т кокса. Степень превращения углерода – 96 %. Степень превращения СО – 4 %. Рассчитать состав водяного газа. Температура водяного газа на выходе из генератора 1000 °С, температура подаваемого кокса 25 °С, водяного пара 100 °С, огарка - 1150 °С.
Средняя теплоемкость золы – 0,86 кДж/(кг*°С) В генератор подается водяной пар, обладающий энтальпией 3400 кДж/кг. Процесс с газификации протекает по реакциям: С + Н2О = СО + Н2 – q СО + Н2О = СО2 + Н2 +q
|
||||||||||||||||||||||||
|
При получении олеума содержащий SO3 газ с температурой 313 К орошается 20 %-ным олеумом с температурой 313 К. Производительность аппарата по газу 1000 м3ч Состав газа: об. доля, %
Определите количество подаваемого на орошение олеума при степени абсорбции SO3 30 %, если теплота конденсации газообразного SO3 – 481,85 кДжкг SO3, теплота растворения жидкого SO3 в 20 %-ном олеуме – 23,25 кДжмоль SO3, температура уходящего газа – 323 К, температура олеума на выходе – 328 К. Средняя теплоемкость олеума – 4,344 кДж(кгград), газа – 1,42 кДж(м3град), или 2,04 кДж(кгград). Потерями теплоты пренебречь.
|
|
В контактный аппарат для получения метанола поступает смесь состава (об. доля, %) СO – 20; Н2 – 80 с температурой 610 К. Определите степень превращения СО, если температура смеси на выходе из аппарата 675 К: СО + 2Н2 = СН3ОН; HT = 111 кДжмоль.
Средние теплоемкости газов, кДж(кг град)
|
||||||||||
|
В контактный аппарат для получения метанола поступает смесь состава (об. доля, %) СO – 27; Н2 – 73 с температурой 620 К. Определите степень превращения СО, если температура смеси на выходе из аппарата 685 К: СО + 2Н2 = СН3ОН; HT = 111 кДжмоль.
Средние теплоемкости газов, кДж(кг град)
|
||||||||||
|
В контактный аппарат для получения метанола поступает смесь состава (об. доля,%) СO – 15; Н2 – 85 с температурой 600 К. Определите степень превращения СО, если температура смеси на выходе из аппарата 680 К: СО + 2Н2 = СН3ОН; HT = 111 кДжмоль.
Средние теплоемкости газов, кДж(кг град)
|
||||||||||
|
Водород получают каталитической конверсией метана: СН4 + Н2О = СО + 3Н2; HT = 206,2 кДжмоль. Составить материальный и тепловой баланс реактора для получения 1000 м3 водорода и определить какое количество теплоты необходимо затратить для получения водорода, если потери теплоты 5% от прихода? Соотношение СН4: Н2О = 1 : 3,5 мольмоль. Температура газов на входе в реактор – 700 К, выходящих – 1100 К, степень конверсии – 63 %. Средние теплоемкости газов, Дж(моль град)
|
|
Водород получают каталитической конверсией метана: СН4 + Н2О = СО + 3Н2; HT = 206,2 кДжмоль. Составить материальный и тепловой баланс реактора для получения 1000кг водорода и определить какое количество теплоты необходимо затратить для получения водорода, если потери теплоты 6 % от прихода? Соотношение СН4 : Н2О = 1 : 3,1 мольмоль. Температура газов на входе в реактор – 710 К, выходящих – 1150 К, степень конверсии – 67 %. Средние теплоемкости газов, Дж(моль град)
|
||||||||||
|
Водород получают каталитической конверсией метана: СН4 + Н2О = СО + 3Н2; HT = 206,2 кДжмоль. Составить материальный и тепловой баланс реактора для получения 5000 м3 водорода и определить какое количество теплоты необходимо затратить для получения водорода, если потери теплоты 8 % от прихода? Соотношение СН4 : Н2О = 1 : 4,1 мольмоль. Температура газов на входе в реактор – 730 К, выходящих – 1160 К, степень конверсии – 66 %.
Средние теплоемкости газов, Дж(моль град)
|
||||||||||
|
Рассчитать материальный и тепловой балансы печи для производства сульфата калия и хлористого водорода и расходный коэффициент по топливу. 2KCl + H2SO4 = K2SO4 + 2HCl – 64,5 кДж. Исходные данные: расход хлорида калия 1 400 кг/ч, состав, мас. % : KCl – 95; NaCl – 2; влага – 3, температура 15С; серная кислота подается по стехиометрии, концентрация 94%, температура 15С; реакция проходит на 96%; продукты выгружаются с температурой 480С, а газы отводятся с температурой 500С; теплотворная способность мазута Q = 37 МДж/кг; тепловой КПД печи 85%. Теплоемкость H2SO4 – 137,57 Дж/(мольС) ср (KCl) = ср (NaCl) = 0,74 кДж/(кг*С) ср (K2SO4) = 0,914 кДж/(кг*С) ср (НCl) = 74 Дж/(моль*С)
|
|
Составьте материальный и тепловой балансы реактора синтеза этилового спирта, где протекает реакция СН2=СН2 + Н2О = С2Н5ОН + 46,09 кДж, если исходный газ имеет состав, об. %: Н2О 40; С2Н4 60; скорость его подачи в реактор-гидратор составляет 2 000 м3/ч, температура на входе 290С, на выходе из реактора 341С, конверсия этилена 15%. Молярная теплоемкость продуктов на входе и на выходе одинакова и равна 27,1 кДж/(кмоль · К). Потери теплоты в окружающую среду составляют 3% от прихода теплоты. |
||||||||||||||||
|
Составьте материальный и тепловой балансы реактора синтеза этилового спирта, где протекает реакция СН2=СН2 + Н2О = С2Н5ОН + 46,09 кДж, если исходный газ имеет состав, об. %: Н2О 65; С2Н4 35; скорость его подачи в реактор-гидратор составляет 3 200 м3/ч, температура на входе 290С, на выходе из реактора 341С, конверсия этилена 17%. Молярная теплоемкость продуктов на входе и на выходе одинакова и равна 27,1 Дж/(моль · К). Потери теплоты в окружающую среду составляют 3% от прихода теплоты. |
||||||||||||||||
|
Составить материальный и тепловой баланс обжига колчедана. 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 + 3413,2 кДж, Производительность печи по колчедану – 200 т/сут. Массовая доля серы в колчедане 41 %; влаги – 3%. Состав обжигового газа (об. %):
Температура колчедана и воздуха – 20 С, огарка – 750 С; обжигового газа - 840С. Теплоемкость колчедана 0,515 кДж/(кг*К), воздуха – 1,3 кДж/(м3*К), огарка – 0,84 кДж/(кг*К), обжигового газа – 1,43 кДж/( м3*К). Теплопотери печи – 3% от прихода теплоты. |
||||||||||||||||
|
Составить материальный и тепловой баланс и вычислить температуру продуктов сгорания аммиачно-воздушной смеси, если температура исходной смеси 810 К: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O; HT = 904 кДжмоль. Степень окисления 72,5, %
Средние теплоемкости веществ, кДж(м3 град)
|
|
Рассчитать количество теплоты, уносимое колчеданным огарком из печи, в которой сжигается 8 т колчедана в час, если выход огарка 750 кг на 1 т колчедана, причем огарок содержит 68% Fe2O3 и 32% SiO2. 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 + 3413,2 кДж, Температура колчедана и воздуха – 20 С, огарка – 750 С; обжигового газа - 840С. Теплоемкость колчедана 0,515 кДж/(кг*К), воздуха – 1,3 кДж/(м3*К), огарка – 0,84 кДж/(кг*К), обжигового газа – 1,43 кДж/( м3*К). Теплопотери печи – 3% от прихода теплоты.
|
|
Составьте материальный баланс получения 1 т уксусной кислоты (без учета побочных реакций), если выход кислоты по реакции CH3CHO + 0,5O2 = CH3COOH cоставляет 96% (от теоретического), технический ацетальдегид 99%-ной чистоты и реагирует на 98%, кислород связывается на 99%.
|
|
Составьте материальный и тепловой балансы реактора синтеза метанола, если исходный газ имеет состав (в % по объему): 20 CO, 13 CO2, 67 H2 , скорость его подачи 80 000 м3/ч при температуре на входе в реактор 473 К. Степень конверсии CO - 35%. Теплоемкость газа на входе и на выходе одинакова и равна 32,3 (Дж/моль*К). С помощью холодильника отводиться 2 240 000 кДж теплоты. Энтальпия реакции синтеза ΔH = -111,21 кДж/моль. Определите температуру газовой смеси на выходе.
|
|
Составьте материальный и тепловой балансы реактора синтеза метанола, если исходный газ имеет состав (в % по объему): 22 CO, 19 CO2, 59 H2 , скорость его подачи 80 000 м3/ч при температуре на входе в реактор 473 К. Степень конверсии CO - 35%. Теплоемкость газа на входе и на выходе одинакова и равна 32,3 (Дж/моль*К). С помощью холодильника отводиться 2 450 000 кДж теплоты. Энтальпия реакции синтеза ΔH = -111,21 кДж/моль. Определите температуру газовой смеси на выходе.
|
|
Степень окисления SO2 в SO3 составляет 0,86. Рассчитайте изменение температуры в зоне реакции, если средняя теплоемкость газовой смеси, содержащей SO2 - 8%, O2 - 11%, - 81% (по объему), условно принимается неизменной и составляет 1,382 (кДж/(м3*К)). Энтальпия реакции ΔH = -94,21 кДж/моль. Расчет вести на 100 м3 газовой смеси. |
|
На вакуум-кристаллизацию приходит 2000 кг/ч раствора, содержащего 35,5 мас. % CuSO4, с температурой 93ºС (Ср = 2,99 кДж/(кг град)). При охлаждении до 20С выпадают кристаллы CuSO4 5Н2О (Ср = 1,125 кДж/(кг К)). Маточный раствор содержит 16 мас. % CuSO4 (Ср = 3,655 кДж/(кг К)). Теплосодержание водяного пара составляет 2640 кДж/кг. Найти массу кристаллов. |
|
Смешано 274 кг 20%-ного раствора H2SO4 и 430 кг 21%-ного раствора NaOH. При этом протекает реакция H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O + 120,1 кДж. Найти температуру раствора после смешения, если первоначальная температура кислоты и щелочи составляла 20С, а потери теплоты в окружающую среду равны 4%. Удельная теплоемкость растворов составляет 3,75 кДж/(кг К). |
|
Смешано 320 кг 30%-ного раствора H2SO4 и 530 кг 25%-ного раствора NaOH. При этом протекает реакция H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O + 120,1 кДж. Найти температуру раствора после смешения, если первоначальная температура кислоты и щелочи составляла 40С, а потери теплоты в окружающую среду равны 2%. Удельная теплоемкость растворов составляет 3,75 кДж/(кг К). |
|
Составить тепловой баланс процесса гашения извести водой по реакции СаО + Н2О = Са(ОН)2 + 65,32 кДж. На гашение поступает 1500 кг/ч извести, содержащей 91% СаО, температурой 110С (Ср СаО = 0,765 кДж/(кг К)). Температура воды 22С. Образующееся известковое молоко концентрацией Са(ОН)2 25% уходит с температурой 100С (Ср = 1,142 кДж/(кг К)). Потери теплоты в окружающую среду составляют 10% от прихода. Избыточное тепло отводится за счет испарения воды (теплота испарения воды равна 2500 кДж/кг).
|
|
Рассчитать материальный и тепловой балансы реактора-нейтрализатора для получения аммиачной селитры производительностью 10 т NH4NO3 в час. В производстве применяется 55%-ная азотная кислота и 100%-ный газообразный аммиак. Потери азотной кислоты и аммиака в производстве составляют 0,08% от теоретически необходимого количества для обеспечения заданной производительности. Из реактора-нейтрализатора аммиачная селитра выходит в виде 77%-го раствора NH4NO3 в воде с температурой 95 °С. Определить количество воды, испарившейся в результате экзотермической реакции нейтрализации: HNO3 + NH3 = NH4NO3 + 145,91 кДж. Температура азотной кислоты – 50 ºС, аммиака – 20 ºС. Теплоемкости: аммиак – 32,5 Дж/(моль*К); растворы кислоты и селитры – 3,87 кДж/(кг*К). Теплосодержание водяного пара составляет 2340 кДж/кг. |
|
Рассчитать материальный и тепловой балансы конверсии оксида углерода водяным паром на 1000 м3 сухого газа. CO + H2O ↔ CO2 + H2 + 41,7 кДж Исходные данные: состав сухого газа, %: СО2 – 15,0, СО – 3,6, Н2 – 60,6, N2 – 20,8; соотношение пар : газ – 0,5. Температура на входе в конвертор – 200ºС. Степень конверсии – 90%. Теплоемкость газовой смеси – 1,5 кДж/(м3 ∙ ºС). Определить состав газовой смеси и температуру на выходе из конвертора.
|
|
Рассчитать материальный и тепловой балансы конверсии оксида углерода водяным паром на 1000 м3 сухого газа. CO + H2O ↔ CO2 + H2 + 41,7 кДж Исходные данные: состав сухого газа, %: СО2 – 13,0, СО – 5,5, Н2 – 60,5, N2 – 20,8; соотношение пар : газ – 0,5. Температура на входе в конвертор – 220ºС. Степень конверсии – 87%. Теплоемкость газовой смеси – 1,5 кДж/(м3 ∙ ºС). Определить состав газовой смеси и температуру на выходе из конвертора.
|
|
Составить материальный баланс производства серной кислоты из элементарной серы. Производительность установки по 94 % - ной кислоте – 900 т/сутки. Степень контактирования – 99,2%. Степень абсорбции триоксида серы – 98 %. Газ, поступающий на контактирование содержит 9,5 % об. SO2. Исходная сера примесей не имеет.
|
|
Составить материальный баланс производства серной кислоты из сероводорода (85 об.% H2S, 15% об. N2). Производительность установки по 94 % - ной кислоте – 800 т/сутки. Степень контактирования – 98,2%. Степень абсорбции триоксида серы – 98 %. Газ, поступающий на контактирование содержит 11 % об. SO2
|
|
Составить часовой материальный и тепловой балансы процесса сжигания серы в производстве серной кислоты. S + O2 = SO2 + 11325 кДж/кг Производительность установки по 94 % - ной кислоте – 700 т/сутки. Обжиговый газ, поступающий на контактирование содержит 10,5 % об. SO2 и имеет температуру 400 ºС. Степень превращения диоксида серы в серную кислоту – 97 %. Исходная сера примесей не имеет. Определить массу пара с энтальпией 3430 кДж/кг, образующегося при охлаждении обжигового газа. Температура воздуха – 25 С, серы – 140 С; Теплоемкость серы 2,54 кДж/(кг*К), воздуха – 1,3 кДж/(м3*К), обжигового газа – 1,43 кДж/( м3*К). Теплопотери печи – 2% от прихода теплоты.
|
|
Составить часовой материальный и тепловой балансы процесса сжигания серы в производстве серной кислоты. S + O2 = SO2 + 11325 кДж/кг Производительность установки по 94 % - ной кислоте – 900 т/сутки. Обжиговый газ, поступающий на контактирование содержит 9,5 % об. SO2 и имеет температуру 410 ºС. Степень превращения диоксида серы в серную кислоту – 98 %. Исходная сера примесей не имеет. Определить массу пара с энтальпией 3430 кДж/кг, образующегося при охлаждении обжигового газа. Температура воздуха – 20 С, серы – 140 С; Теплоемкость серы 2,54 кДж/(кг*К), воздуха – 1,3 кДж/(м3*К), обжигового газа – 1,43 кДж/( м3*К). Теплопотери печи – 3% от прихода теплоты.
|