Примеры решения и оформления гиповых задач

Задание 2. На производство 1 т азотной кислоты с массовой долей HNO3 0,65, получаемой окислением аммиака NH3, расходуется 186,2 кг NH3. Рассчитайте выход HNO3 и расходный коэффициент аммиака.

Решение:

Получение азотной кислоты из аммиака протекает в три стадии:

  • 4NH3 + 5О2 П > 4NO + 6Н2О;
  • 2NO + О2 = 2NO2;
  • 4NO2 + О2 + 2Н2О = 4HNO3.

Из уравнений реакций следует, что

v(NH3) = v(NO) = v(NO2) = v(HNO3);

v(NH3) = v(HNO3) = m(NH3) / M(NH3) = 186,2 / 17 = 10,953 кмоль;

m(HNO3) = M(HNO3) • v(HNO3) = 63 • 10,953 = 690 кг.

Массу раствора можно определить, зная массовую долю кислоты в растворе: т(раствора HNO3) = m(HNO3) / co(HN03) = 90 / 0,65 = 1061,6 кг (теоретически)

Практически получена 1 т раствора HNO3 (содержащего 650 кг HNO3).

Л (HNO3) = л (раствора HNO3) = (1000 / 1061,6) • 100% = 94,2 % Kn (NH3) = 186,2 / 1000 = 0,186 кг / кг.

Ответ: выход азотной кислоты равен 94,2 %, расходный коэффициент аммиака равен 0,186 кг / кг.

Задание 3. Влажность 125 т каменного угля при его хранении на складе изменилась с 6,5 % до 4,2 %. Определить, насколько изменился вес угля.

Решение.

Вес влаги в первоначальном количестве угля равен 125 • 0,065 = 8,125т.

Вес сухого угля 125 - 8,125 =116,875 т. Вес угля при содержании в нем 4,2 % влаги, составит 116,875 / (1,0 - 0,042) =122,0 т.

Таким образом, 125 т угля за счет уменьшения влажности потеряли в весе

125 - 122 = 3 т.

Ответ: вес угля изменился на 3 т.

Задание 4. Вычислить производительность (в кг / ч) контактного аппарата установки по производству серной кислоты, если в течение 15 ч окисляется 168 т оксида серы (IV). Степень окисления - 97,8 %.

Решение.

Получение серной кислоты протекает в две стадии:

2SO2 + О2 = 2SO3

SO3 + Н2О = H2SO4

Учитывая степень окисления оксида серы (IV) - 97,8 %, масса SO2, вступающего в реакцию:

m(SO2) = 168 • 0,978 = 164,3 т

v(SO2) = (164,3 • 103кг) / 64 кг/кмоль = 2,567 • 103 кмоль

Из уравнений реакций следует, что

v(SO2) = v(SO3) = v(H2SO4) = 2,567 • 103 кмоль

m(H2SO4) = v(H2SO4) • M(H2SO4) = 2,567 • 103 кмоль • 98 кг / кмоль =

= 251,584 • 103кг

За 15 часов образуется 251 584 кг серной кислоты, за один час:

m(H2SO4) = 251 584 / 15 = 167 772 кг

n(H2SO4)= 16 772 кг/ч

Ответ: Производительность контактного аппарата установки по производству серной кислоты равна 16 772 кг / ч.

Задание 5. Подсчитать потенциал разложения NaOH при выделении из него металлического натрия путем электролиза расплавленного едкого натра при 300 °C (573 К).

Решение.

Электролиз расплава NaOH протекает по схеме:

NaOH = Na+ + ОН

К (-): 4Na+ + 4е = 4Na

А (+): 40Н - 4е = 2Н2О + О2 4Na+ + 40Н = 4Na + 2Н2О + О2

или

4NaOH = 4Na + 2 Н20 + О2

Вычислим тепловой эффект реакции на основании закона Гесса по значениям стандартных теплот образования NaOH и Н2О.

ДНх.р = ?АН0Пр.р.-ХДН°исх.в.

АНХ.Р.= 2 • (-68318) - 4 • (-102700) = 274 100 кал Подсчитаем потенциал разложения NaOH:

  • а) Е = АНх.р. / 23,04 • п0, где АНх.р. - тепловой эффект реакции в кал, по - валентность иона Е = 274,1 ккал / 23,04 ккал / В-4 = 2,97 В
  • б) По более точному уравнению: Е = АНх.р. / 23,04-no + к АТ, принимая к = 0,0002

Е = 274,1 ккал / 23,04 ккал / в • 4 + 0,0002 • (573 - 20) = 2,86 В

в) По уравнению: Е = AF / 23,04 • по,

где AF - изменение свободной энергии Гельмгольца AF = (4 AFNa + 2 ДРнго + AF02) - (4 AFNa+ + 4 AF0H-) Согласно справочным данным:

AF = (0+ 2 • 56,8 +0) - 4(-32,26 + (- 62,58)) = 266000 кал Е = 266 ккал / 23,04 ккал / в • 4 = 2,88 В

Ответ: Потенциал разложения NaOH равен 2,97 В (2,86 В либо 2,88 В)

Задание 6. Составить материальный баланс производства 2,5 т уксусной кислоты из технического ацетальдегида, содержащего 98 % СНзСНО, по реакции: 2СН3СНО + О2 = 2СН3СООН

если выход кислоты по ацетальдегиду составляет 89,3 %.

Учитывая выход уксусной кислоты 89,3 %:

т(СНзСООН) = 2500 0,893 = 2233 кг т(примесей в кислоте) = 2500 - 2233 = 267 кг v(CH3COOH) = т(СН3СООН) / М(СН3СООН) = 2233 кг / 60 кг / кмоль = = 37,208 кмоль

По уравнению реакции:

v(CH3COOH) = v(CH3COH) =37,208 кмоль т(СНзСОН) = у(СНзСОН) • М(СН3СОН) = 37,208 кмоль • 44 кг / кмоль = 1637 кг т(СН3СОНтехн.) =1637 кг / 0,98 = 1670 кг т(примесей в альдегиде) = 1670 - 1637 = 33 кг

По уравнению реакции:

2 v(CH3COOH) = v(Oi) =37,208 кмоль v(O2) =18,64 кмоль

т(О2) = v(O2) • М(О2) = 18,64 кмоль • 32 кг / кмоль = 596 кг

Таблица 3 - Материальный баланс производства уксусной кислоты

Приход

кг

Расход

кг

СНзСОН

1637

примеси в альдегиде

33

примеси в альдегиде

33

о2

596

СНзСООН

2233

примеси в кислоте

267

примеси в кислоте

267

Итого

2533

Итого

2533

Задание 7. Используя данные материального баланса задания № 6 составить для заданного процесса тепловой баланс. При расчете принять, что температура процесса остается постоянной.

Согласно справочным данным:

О2

СН3СООН

СН3СОН

ДН°обр (кДж/моль)

-166

0

-487

с° (Дж/моль-К)

89

29,35

123,4

ДН°Х.Р = 2 • ДН°обр(СН3СООН) - (2 • ДН%бр(СН3СОН) + 1 • ДН°обр2)) ДН°хр = 2 моль • (-487) кДж / моль - 2 моль • (-166) кДж/моль -1 моль • 0 = = -642 кДж

Если Qp > 0, то эту теплоту включаем в статью прихода (Qp > О, ДН°Х.Р < 0).

Если Qp < 0, то - в статью расхода (Qp < 0, ДН°х р > 0) Q(CH3COH) = v(CH3COH) • с°(СН3СОН) • Т v(CH3COOH) = v(CH3COH) =37,208 • 103 моль

Q(CH3COH) = 37,208 • 103 моль • 89 Дж I моль • К = 3312 • 103 Дж = 3312 кДж

Q(O2) = v(O2)c°(O2)T v(O2) =18,64-103 моль

Q(O2) = 18,64 • 103 моль • 29,35 Дж I моль К • 298 К = 163031 • 103 Дж = 163031 кДж

Q(CH3COOH) = v(CH3COOH) с°(СН3СООН) • Т

Q(CH3COOH) = 37,208 • 103 моль • 123,4 Дж / моль • К • 298 К = 1368118 • 103 Дж = = 1368118 кДж

Рприход = Q(CH3COH) + Q(O2) + ДН°Х.Р = 986976 кДж + 163031 кДж + 642 кДж = = 1150649 кДж

9расхол = Q(CH3COOH) = 1368118 кДж

Так как QpaCxoa > Рприход, то для осуществления процесса необходимо дополнительно подводить тепло в количестве: Qaon = 1368118 кДж - 1150649 кДж = 217469 кДж.

Таблица 4 - Тепловой баланс производства уксусной кислоты

Приход

кДж

Расход

кДж

Q(CH3COH)

Q(O2)

ДН°х

Одоп

  • 986976
  • 163031
  • 642 217469

Q(CH3COOH)

1368118

Итого

1368118

Итого

1368118

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >