Материальный баланс химической реакции

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.

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:

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.

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 1 т 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 1 т хлорбензола:

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.

сжигание сера этилен каталитический Решение: уравнение реакции: 2СН2 = СН2 + О2 =

Расход этилена на 1 т 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=11 627,38 м³,

— в том числе кислорода:

11 627,38*0,21=2441,75 м³ или 2441,75*32/22,4=3488,22 кг.

— в том числе азота:

11 627,38*0,79=9185,63 м³ или 9185,63*28/22,4=11 481,04 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 1 т оксида этилена

Задание № 4

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

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

Na2O + V2O5 = 2NaVO3.

Для получения 1 т NaVO3 требуется:

— V2O5 1000*182/244=745,90 кг,

— шлака 745,90/0,146=5108,92 кг.

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

5108,92*0,7=357,62 кг.

На образование 1 т 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 1 т NaVO3

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.

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 1 т 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

Задание № 6

Рассчитать материальный баланс производства фтористого водорода на 1 т 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.

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 1 т 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 1 т HF