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