Материальный баланс химической реакции

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ государственный НЕФТЕГАЗОВЫЙ университет»

Технологический институт

Кафедра переработки нефти и газа

Курсовая работа

«Общая химическая технология»

Выполнила:

студентка группы ХТОб-11

Пологрудов Виталий

Проверил:

Глазунов А.М.

Тюмень 2013

Задание № 1

Составить материальный баланс печи для сжигания серы производительностью 55 т/сутки. Степень окисления серы 0,75 (остальная сера возгоняется и сгорает вне печи). Коэффициент избытка воздуха б = 1,7. Расчет следует вести на производительность печи по сжигаемой сере в кг/ч.

Вариант	10
Производительность, т/сут.	55
Степень окисления S	0,75
Коэффициент избытка воздуха, б	1,7

Решение: Процесс горения серы описывается уравнением:

S + O2 = SO2.

Производительность печи: 55*103/24=2291,6667 кг/ч;

Масса серы:

- окисленной до SO2: 2291,67*0,75=1718,7500 кг,

- не окисленной: 2291,6667-1718,7500=572,9167 кг.

Израсходовано кислорода:

- на окисление: 1718,7500*22,4/32=1203,1250 м3,

- с учетом б: 1203,1250*1,7=2045,3125 м3 или 2045,3125*32/22,4=2921,8750 кг.

Поступило с кислородом азота:

2045,3125*79/21=7694,2708 м3 или 7694,2708*28/22,4=9617,8385 кг.

Образовалось SO2 по реакции:

1718,7500*64/32=3437,5000 кг или 3437,5000*22,4/64=1203,1250 м3.

Осталось не израсходованного кислорода:

1203,1250*0,7=842,1875 м3 или 842,1875*32/22,4=1203,1250 кг.

Материальный баланс печи:

Приход	Расход
	кг	м3		Кг	м3
S	2291,6667	-	S	572,9167	-
O2	2921,8750	2045,3125	SO2	3437,5000	1203,1250
N2	9617,8383	7694,2708	O2	1203,1250	842,1875
			N2	9617,8385	7694,2708
Итого:	14831,380	9739,583	Итого:	14831,380	9739,583

Задание № 2

Составить материальный баланс хлоратора в производстве хлорбензола (1 т хлорбензола), если состав жидких продуктов в %(масс.) следующий: бензола - 68,0; хлорбензола - 27,0; дихлорбензола - 2,8; трихлорбензола - 2,2. Технический бензол содержит 95,0 %(масс.) С6Н6. Технический хлор - 92,5 %(масс.) Сl2.

Вариант	10
Бензол, %масс.	68,0
Хлорбензол, %масс.	27,0
Дихлорбензол, %масс.	2,8
Трихлорбензол, %масс.	2,2
Технический бензол содержит в %масс. С6Н6	95,0
Технический хлор содержит в %масс. Cl2	92,5

Решение: Молекулярные массы компонентов - С6Н6 = 78, С6Н5Cl = 112,5, С6Н4Cl2 = 147, С6Н3Cl3 = 181,5, Cl2 = 71, HCl = 36,5.

Уравнения реакций: С6Н6 + Cl2 = С6Н5Cl + HCl, (1)

С6Н5Cl + Cl2 = С6Н4Cl2 + HCl, или С6Н6 + 2Cl2 = С6Н4Cl2 + 2HCl, (2)

С6Н4Cl2 + Cl2 = С6Н3Cl3 или С6Н6 + 3Cl2 = С6Н3Cl3 + 3HCl. (3)

В продукционной (жидкой) смеси находится, согласно заданному составу жидких продуктов реакции:

- С6Н5Cl = 1000 кг,

- С6Н4Cl2 = 1000*2,8/27=103,70 кг,

- С6Н3Cl3 = 1000*2,2/27=81,48 кг,

кроме того HCl, полученного:

- по реакции 1: 1000*36,5/112,5=324,44 кг,

- по реакции 2: 103,70*2*36,5/147=51,50 кг,

- по реакции 3: 81,48*3*36,5/181,5=49,16 кг,

- итого HCl: 324,44+51,50+49,16=425,1 кг.

Расход чистого бензола на 1т продукта:

- на образование С6Н5Cl: 1000*78/112,5=693,33 кг,

- на образование С6Н4Cl2: 103,7*78/147=55,03 кг,

- на образование С6Н3Cl3: 81,48*78/181,5=35,02 кг,

- не прореагировавшего: 1000*68/27=2518,52 кг,

- общий: 693,33+55,03+35,02+2518,52=3301,90 кг,

- технического: 3301,90/0,96=3439,47 кг.

Расход хлора:

- на образование С6Н5Cl: 1000*71/112,5=631,11 кг,

- на образование С6Н4Cl2: 103,7*2*71/147=100,18 кг,

- на образование С6Н3Cl3: 81,48*3*71/181,5=95,62 кг,

- общий: 631,11+106,17+95,02=826,91 кг,

- технического: 826,91/0,925=893,96 кг.

Материальный баланс хлоратора бензола на 1т хлорбензола:

Приход	Расход
	кг		кг
Технический бензол:		С6Н5Cl	1000
-С6Н6	3301,90	С6Н4Cl2	103,70
-примеси	137,58	С6Н3Cl3	81,48
Технический хлор:		С6Н6	2518,52
-Cl2	826,91	НCl	425,10
-примеси	67,05	Примеси к С6Н6	137,58
		Примеси к Cl2	67,05
Итого:	4333,43	Итого:	4333,43

Задание № 3

Составить материальный баланс производства окиси этилена прямым каталитическим окислением этилена воздухом. Состав исходной газовой смеси в %(об): этилен - 7,5, воздух - 92,5. Степень окисления этилена Х = 0,54. Расчет вести на 1 т оксида этилена.

Вариант	10
Этилен, % (об.)	7,5
Воздух, %(об.)	92,5
Х	0,54

сжигание сера этилен каталитический

Решение: уравнение реакции: 2СН2 = СН2 + О2 =

Расход этилена на 1т оксида этилена по реакции:

28*1000/44=636,36 кг,

- с учетом степени окисления:

636,36/0,54=1178,45 кг или 1178,45*22,4/28=942,76 м3.

Объем воздуха в этилен-воздушной смеси:

942,76*92,5/7,5=11627,38 м3,

- в том числе кислорода:

11627,38*0,21=2441,75 м3 или 2441,75*32/22,4=3488,22 кг.

- в том числе азота:

11627,38*0,79=9185,63м3 или 9185,63*28/22,4=11481,04 кг.

Израсходовано кислорода на окисление:

942,75*0,54/2=254,55 м3.

Содержание кислорода в продуктах окисления:

2441,75-254,55=2187,21 м3 или 2187,21*32/22,4=3124,58 кг.

Материальный баланс на 1т оксида этилена

Приход	Расход
	Кг	м3		Кг	м3
Этилен	1178,45	942,76	Оксид этилена	1000,00	509,09
Кислород	3488,22	2441,75	Этилен	542,09	433,67
Азот	11481,04	9185,63	Кислород	3124,54	2187,19
			Азот	11481,91	9185,53
Итого:	16148,71	12570,15	Итого:	16148,71	12315,60

Задание № 4

Рассчитать материальный баланс печи окислительного обжига в производстве ванадата натрия NaVO3 в расчете на 1т готового продукта. Сырье: ванадиевый шлак, содержащий 14,6 %(масс.) V2O5, воздух, NaCl. Расход NaCl составляет 7,0 %(масс.) от массы шлака.

Вариант	10
Содержание V2O5, % (масс.)	14
NaCl, % (масс.)	9,5

Решение: уравнения реакций: 2NaCl + 0,5O2 = Na2O + Cl2

Na2O + V2O5 = 2NaVO3.

Для получения 1т NaVO3 требуется:

- V2O5 1000*182/244=745,90 кг,

- шлака 745,90/0,146=5108,92кг.

По условию расход хлорида натрия составляет 7,0 % (масс.) от массы шлака, т.е.:

5108,92*0,7=357,62кг.

На образование 1т NaVO3 требуется NaCl:

58,5*2*1000/2*122=479,51 кг

Не прореагировало NaCl:

357,62-479,51=121,88 кг.

Израсходовано кислорода:

16*479,51/58,5*2=65,57 кг или 65,57*22,4/32=45,90 м3.

С кислородом поступило азота:

45,90*79/21=172,68 м3 или 172,67*28/22,4=215,85 кг.

Образовалось хлора в результате первой стадии процесса:

35,5*2*1000/122*2=290,98 кг.

Материальный баланс печи на 1т NaVO3

Приход	Расход
	кг		Кг
Ванадиевый шлак	5108,92	Шлам	4363,01
NaCl	357,62	NaVO3	1000
Кислород	65,57	NaCl	-121,88
Азот	215,85	Cl2	290,98
		Азот	215,85
Итого:	5747,96	Итого:	5747,96

Задание № 5

Составить материальный баланс производства криолита (на 1т), если процесс описывается следующим суммарным уравнением:

2Al(OH)3 + 12HF + 3Na2 CO3 = 2Na3AlF6 + 3CO2 + 9H2O.

Плавиковая кислота применяется в виде 15,3% раствора фтористого водорода в воде. Соду берут с 4,5% недостачи от стехиометрического соотношения для обеспечения необходимой остаточной кислотности.

Вариант	10
Плавиковая кислота, % HF в воде	15,3
Недостаток соды, %	4,5

Решение: Молекулярные массы компонентов - Al(OH)3=78, HF=20, Na2 CO3=106, Н3AlF6=144, Na3AlF6=210.

Протекающие при образовании криолита реакции могут быть выражены уравнениями:

2Al(OH)3 + 12HF = 2Н3AlF6 + 6H2O

2Н3AlF6 + 3Na2 CO3 = 2Na3AlF6 + 3CO2 + 3H2O

Для получения 1т криолита требуется сырья, согласно стехиометрическим соотношениям:

- Al(OH)3: 2*78*1000/2*210=371,43 кг,

- HF: 12*20*1000/2*210=571,43 кг,

- 15,3% раствора HF: 571,43/0,153=3734,83 кг.

Для получения соответствующего количества плавиковой кислоты необходимо:

- H2O: 3734,83-571,43=3163,40 кг,

- Na2 CO3: 106*3*1000/210*2=757,14 кг.

Для обеспечения нужной кислотности раствора следует дополнительно ввести эквивалентное количество Al(OH)3 и HF.

Масса Na2 CO3, эквивалентная избыточной кислотности, составляет:

- 757,14*0,045=34,07 кг,

Масса Н3AlF6 эквивалентная 34,07 кг Na2 CO3 согласно реакциям:

- 2*144*34,07/3*106=30,86 кг.

Для получения этого количества свободной кислоты требуется:

- Al(OH)3: 2*78*30,86/2*144=16,71 кг,

- HF: 12*20*30,86/2*144=25,71 кг,

- 15,3%-ной HF: 25,72/0,153=168,07 кг,

- H2O: 168,08-25,72=142,35 кг.

С учетом избыточной кислотности имеем:

- Al(OH)3: 371,43+16,72=388,14 кг,

- HF: 571,43+25,71 =597,14 кг,

- H2O: 3163,40+142,35 =3305,75 кг,

- Na2 CO3: 757,14 кг.

В составе продукционной смеси будет находиться:

- Na3AlF6: 1000 кг,

- Н3AlF6: 30,86 кг

- СО2: 3*44*1000/2*210=314,29 кг,

- H2O: 6*18*388,14/2*78=268,71 кг,

3*18*757,14/3*106=128,57 кг,

- итого H2O: 268,72 +128,57=397,29 кг.

Материальный баланс получения криолита

Приход	Расход
	Кг		кг
Al(OH)3	388,14	Na3AlF6	1000
HF- 15% раствор	597,14	Н3AlF6	30,86
H2O - 15% раствор	3305,75	СО2	314,29
Na2 CO3	757,14	H2O по реакции	397,29
		H2O в составе плавиковой кислоты	3305,75
Итого:	5048,18	Итого:	5048,18

Задание № 6

Рассчитать материальный баланс производства фтористого водорода на 1т НF из плавикового шпата, содержащего 93,5%(масс.) СаF2 и 6,5%(масс.) SiO2. Степень разложения шпата X=0,8. Для разложения применяется 90,6%-ная H2SO4 с 11,5%-ным избытком от теоретического.

Вариант	10
CaF2, %масс.	93,5
SiO2, %масс.	6,5
Степень разложения, Х	0,8
Концентрация H2SO4, %	90,6
Избыток H2SO4, %	11,5

Решение: Молекулярные массы - СаF2=78, H2SO4=98, CaSO4=136, HF=20, SiO2=60, H2SiF6=144.

Разложение шпата протекает по реакциям:

CaF2 + H2SO4 = CaSO4 + 2HF, (1)

SiO2 + 6HF = H2SiF6 + 2H2O. (2)

По условию в 100 кг шпата содержится 93,5 кг CaF2 и 6,5 кг SiO2.

При разложении 100 кг породы:

- по реакции (1) образуется HF: 93,5*20*2/78=47,95 кг,

- по реакции (2) расходуется HF: 6,5*20*6/60=13,00 кг.

В результате реакций (1) и (2) из 100 кг породы получается:

47,95-13,00=34,95 кг HF,

т.е. для обеспечения выхода 1т HF требуется:

- породы: 100*1000/34,95 =2861,34 кг, из них:

- CaF2 -2675,35 кг

- SiO2 - 185,99 кг.

С учетом степени разложения:

- породы: 2861,34/0,8=3576,67 кг, из них:

- CaF2 - 3344,19 кг,

- SiO2 - 232,48 кг.

Расход серной кислоты (моногидрата):

- по реакции: 98*2675,35 /78=3361,34 кг,

- с учетом ее избытка 3361,34 *1,115=3747,89 кг,

- 90,6%-ной 3747,89/0,906=4136,74 кг.

Расход вводимой с H2SO4 воды:

4136,74-3747,89=388,85 кг,

Состав продукционной смеси:

- CaSO4: 2675,35*136/78=4664,71 кг,

- H2SiF6: 185,99*144/60=446,37 кг,

- Н2О по реакции: 185,99*36/60=111,59 кг.

Материальный баланс реактора на 1т HF

Приход	Расход
	кг		Кг
CaF2	3344,19	HF	1000
SiO2	232,48	CaSO4	4664,71
H2SO4 моногидрат	3747,89	H2SiF6	446,37
Н2О	388,85	Н2О по реакции	111,59
		Н2О вводимая с H2SO4	388,85
		H2SO4	386,55
		CaF2	668,84
		SiO2	46,50
Итого:	7713,41	Итого:	7713,41

Размещено на Allbest.ru