Расчет количества нитрозных газов
1. Количество образующегося оксида азота. По реакции (1) из 1 кмоль NH3 образуется 1 кмоль NO, а при степени контактирования 97 % количество NO составит
16,7 × 97 / 100 = 16,2 кмоль, или 16,2 × 30 = 486 кг.
2. По реакции (2) из 1 кмоль NH3 образуется 0,5 кмоль N2. В этой реакции участвует 3 % аммиака от начального количества. Количество образующегося азота по реакции (2) составит
16,7 × 0,5 × 3 / 100 = 0,25 кмоль, или 0,25 × 28 = 7,0 кг.
3. Количество образующихся водяных паров. Согласно уравнениям реакции (1), (2), из 4 кмоль NH3 образуется 6 кмоль Н2О; суммарное количество паров воды по двум реакциям составит
16,7 × 6 / 4 = 25 кмоль, или 25 × 18 = 450 кг.
4. Количество оставшегося кислорода в нитрозных газах. По реакции (1) вступило в реакцию кислорода:
16,7 × 97 / 100 × 5 / 4 = 20,2 кмоль.
По реакции (2): 16,7 × 3 / 100 × 3 / 4 = 0,38 кмоль.
Всего вступило в реакцию кислорода: 20,2 + 0,38 = 20,58 кмоль.
Осталось в нитрозных газах кислорода:
29,9 - 20,58 = 9,32 кмоль, или 9,32 × 32 = 298 кг.
5. Количество азота в нитрозных газах складывается из первоначального количества азота в воздухе и азота, образовавшегося по реакции (2):
112,4 + 0,25 = 112,65 кмоль, или 3150 + 7,0 = 3157 кг.
Результаты расчета материального баланса сводим в таблицу.
Материальный баланс на 1 т 100 %-ной HNO3
| Приход | Расход | ||||||
| Статья | кмоль | об.% | кг | Статья | кмоль | об.% | кг |
| Аммиак Кислород Азот | 16,7 29,9 112,4 | 10,5 18,8 70,7 | 284,0 956,0 3150,0 | Оксид азота Кислород Азот Водяные пары | 16,20 9,32 112,65 25,00 | 9,9 5,7 69,0 15,4 | 486,0 298,0 3157,0 450,0 |
| Всего | 159,0 | 100,0 | 4390,0 | Всего | 163,17 | 100,0 | 4391,0 |
Расхождение баланса: 1 × 100 % / 4390,0 = 0,02 %, что вполне допустимо.
Вариант 0
Составить материальный баланс процесса обжига колчедана и рассчитать теоретический и фактический расходные коэффициенты по сырью, состав печного газа – мас. %, об. %:
4FeS2 + 11O2 = 8SO2 + 2Fe2O3.
| Исходные данные | Номер примера | ||||
| 0, 1 | 2, 3 | 4, 5 | 6, 7 | 8, 9 | |
| Производительность печи по колчедану, т/ч Содержание FeS2 в колчедане, мас. доля, % Содержание влаги в колчедане, мас. доля, % Степень выгорания серы, % Коэффициент избытка воздуха | 2,0 98,0 1,5 | 3,0 96,0 1,6 | 2,5 95,3 1,55 | 4,0 98,0 1,6 | 1,5 98,5 1,65 |
Вариант 1
Составить материальный баланс процесса каталитического окисления SO2. Определить состав образующейся газовой смеси. Расчет вести на часовую производительность установки:
SO2 + 0,5O2 = SO3.
| Исходные данные | Номер примера | ||||
| 0, 2 | 3, 4 | 5, 6 | 7, 8 | 1, 9 | |
| Производительность установки по печному газу, тыс. м3/сут. Состав печного газа, об. доля, %: SO3 SO3 O2 N2 Степень контактирования SO2, % Потери серного ангидрида, % | 8,0 0,2 8,8 83,0 98,0 1,0 | 7,8 0,3 9,6 82,3 97,5 0,5 | 7,5 0,3 11,0 81,2 98,5 0,7 | 7,0 0,4 9,0 83,6 98,2 0,8 | 7,4 0,5 10,0 92,1 98,4 0,9 |
Вариант 2
Составить материальный баланс процесса получения азотной кислоты и рассчитать: а) выход оксида азота на поданный аммиак; б) теоретический и фактический расходные коэффициенты по сырью; в) состав газа после окисления аммиака. Расчет вести на часовую производительность газовоздушной установки на основе следующих реакций:
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O; (1)
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O; (2)
2NO + 1,5 O2 + H2O = 2HNО3. (3)
| Исходные данные | Номер примера | ||||
| 0, 3 | 4, 5 | 6, 7 | 8, 9 | 1, 2 | |
| Производительность установки, тыс. т азотной кислоты в год Концентрация азотной кислоты, мас. доля, % Концентрация аммиака, об. доля, % Концентрация аммиака в аммиачно-воздуш-ной смеси, об. доля, % Селективность окисления аммиака в NO*, % Потери аммиака, мас.% от поданного | 95,0 8,0 94,0 4,5 | 98,0 7,5 96,0 2,3 | 97,0 9,3 95,0 2,5 | 94,0 8,5 97,0 1,3 | 98,6 9,2 96,3 1,5 |
*) Остальной аммиак окисляется по реакции (2).
Вариант 3
Составить материальный баланс производства хлорида водорода по следующим реакциям:
MeCl + H2SO4 = MeHSO4 + HCl; (1)
MeCl + MeHSO4= Me2SO4 + HCl. (2)
Поступают хлорид натрия (калия), содержащий NaCl, KCl и Н2О, и серная кислота. Реакция (1) протекает необратимо, а реакция (2) – со степенью превращения a. Найти состав твердого продукта.
| Исходные данные | Номер примера | ||||
| 0, 4 | 5, 6 | 7, 8 | 1, 9 | 2, 3 | |
| Производительность по руде, кг/ч Состав сырья, мас.доля, %: NaCl KCl Н2О Концентрация серной кислоты, мас. доля, % Степень превращения реакции (2), % | 95,0 – 5,0 93,0 95,0 | 97,0 3,0 92,0 94,0 | 3,0 2,0 92,5 94,2 | 96,0 – 4,0 94,0 96,0 | 2,0 5,0 93,0 96,0 |
Вариант 4
Составить материальный баланс получения сульфида натрия и рассчитать: а) интенсивность реактора (Vр = 10 м3); б) теоретические и фактические расходные коэффициенты по сырью; в) состав готового продукта; г) выход сульфида натрия:
Na2SO4 + 4H2 ® Na2S +4Н2О.
| Исходные данные | Номер примера | ||||
| 0, 5 | 1, 6 | 2, 7 | 3, 8 | 4, 9 | |
| Производительность по сульфату натрия, т/сут Состав сульфата натрия, мас.доля, %: Na2SO4 NaCl Степень превращения сульфата натрия, % Состав технического водорода, об. доля, %: водород азот хлор Степень использования водорода, % | 8,0 99,8 0,2 97,3 2,5 0,5 | 8,5 96,6 3,4 96,0 3,3 0,7 | 9,0 98,0 2,0 95,0 4,0 1,0 | 7,5 99,0 1,0 97,0 2,2 0,8 | 10,0 99,5 0,5 98,0 1,5 0,5 |
Вариант 5
Составить материальный баланс производства метилового спирта, при котором протекают реакции
СО + 2Н2 = СН3ОН; (1)
2СН3ОН = СН3ООСН3 + Н2О. (2)
Рассчитать расход газа на 1000 кг чистого спирта и состав продуктов в мас.%.
| Исходные данные | Номер примера | ||||
| 0, 7 | 1, 8 | 2, 9 | 3, 5 | 4, 6 | |
| Расход газа, м3/с Состав газа, об. доля, %: СО Н2 N2 СН4 Выход по реакциям, %: по (1) по (2) | 2,0 2,0 | 1,0 3,0 | 1,0 1,0 | 1,0 4,0 | 0,5 2,5 |
Вариант 6
Составить материальный баланс производства раствора фосфатов натрия из экстракционной фосфорной кислоты и соды:
H2SO4 + Na2CO3 = Na2SO4 + CO2 + H2O; (1)
6H3PO4 + 5Na2CO3 = 4Na2HPO4 + 5CO2 + 5H2O; (2)
H2SiF6 + Na2CO3 = Na2SiF6 + CO2 + H2O. (3)
Поступает фосфорная кислота, содержащая H3PO4, H2SiF6 и H2SO4. Нейтрализация осуществляется кальцинированной содой (99 % Na2CO3). Определить расход фосфорной кислоты и соды на 1 т продукта, содержащего 2,5 % влаги.
| Исходные данные | Номер примера | ||||
| 0, 8 | 1, 9 | 2, 5 | 3, 6 | 4, 7 | |
| Расход кислоты, кг/ч Состав кислоты, мас. доля, %: H3PO4 H2SiF6 H2SO4. | 1,8 3,0 | 1,6 2,8 | 1,5 2,8 | 2,0 2,5 | 1,9 2,7 |
Вариант 7
Составить материальный баланс получения аммофоса на часовую производительность из экстракционной фосфорной кислоты и газообразного аммиака по следующим реакциям:
H3PO4 + NH3 = NH4H2PO4; (1)
NH4H2PO4 + NH3 = (NH4)2HPO4; (2)
H2SO4 + 2NH3 = (NH4)2SO4; (3)
H2SiF6 + 2NH3 = (NH4)2SiF6. (4)
Реакции (1), (3) и (4) осуществляются до конца. Определить расход фосфорной кислоты и аммиака на 1 т продукта, содержащего 2 % влаги.
| Исходные данные | Номер примера | ||||
| 0, 9 | 1, 5 | 2, 6 | 3, 7 | 4, 8 | |
| Состав фосфорной кислоты, мас. доля, %: H3PO4 H2SO4 H2SiF6 Степень протекания реакции (2), % Потери аммиака, % Расход фосфорной кислоты, кг/ч | 2,5 1,8 20,5 2,5 | 3,0 1,6 15,0 1,8 | 2,5 1,5 18,0 1,5 | 2,2 2,3 17,0 1,7 | 2,4 1,6 19,5 1,3 |
Вариант 8
Сульфат аммония получают разложением серной кислотой каолина, боксита, гидроксида алюминия или нефелина по следующим реакциям:
Al2O3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O; (1)
Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O; (2)
Na2O + H2SO4 = Na2SO4 + H2O. (3)
Кремнезем остается неразложенным. Выделяемый шлам состоит из кремнезема и неразложенных оксидов. Производительность системы по сульфату аммония и концентрация разбавленного водой раствора указаны в таблице. Составить материальный баланс на часовую производительность, определить расход сырья, кислоты и воды, а также количество и состав шлама на 1000 кг продукта, содержащего 91,5 % Al2(SO4)3 × 18H2O.
| Исходные данные | Номер примера | ||||
| 0, 1 | 2, 3 | 4, 5 | 6, 7 | 8, 9 | |
| Состав сырья, мас. доля, %: Al2O3 SiO2 Fe2O3 Na2O H2O Массовая доля H2SO4 в кислоте, % Степень разложения: a, % b, % Производительность, кг/ч Концентрация раствора, мас. доля, % Al2(SO4)3 | 38,0 47,0 0,7 0,3 14,0 | 30,0 50,0 2,0 1,0 17,0 | 41,6 1,0 15,4 0,2 41,8 | 36,0 48,0 0,8 0,2 15,0 | 52,0 7,5 26,2 01, 14,2 |
Вариант 9
Составить материальный баланс производства аммиачной селитры по реакции
HNO3 + NH3 = NH4NO3.
Вычислить концентрацию образующегося раствора нитрата аммония.
| Исходные данные | Номер примера | ||||
| 0, 2 | 3, 4 | 5, 6 | 7, 8 | 1, 9 | |
| Производительность , т/ч Концентрация кислоты, мас. доля, % Концентрация аммиака, об. доля, % Потери аммиака, % Испаряется воды, % | 1,0 3,0 | 1,0 4,0 | 0,8 4,5 | 1,2 6,0 | 0,9 5,0 |