Zbiór zadań technologicznych

Transkrypt

Zbiór zadań zebrał do całości i sformatował: Kuba Skrzeczkowski.
Wszystkie zadania pochodzą z Konkursu Chemicznego Politechniki Warszawskiej
i zostały ściągnięte ze strony internetowej: http://www.ch.pw.edu.pl/~elfed/konkurs/
TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Zadanie 1 (Zadanie 5. z finału XXVI Konkursu Chemicznego)
Chlorek metylu otrzymuje się w procesie chlorowania metanu w instalacji
cyrkulacyjnej. Do obiegu doprowadza się metan (strumień B) oraz gazowy chlor
(strumień A). Proces chlorowania metanu prowadzi się stosując nadmiar metanu
w stosunku do chloru, aby cały chlor przereagował.
W reaktorze powstaje CH3Cl, CH2Cl2, HCl i H2O. W skraplaczu (SP) następuje
całkowite wydzielenie CH3Cl i CH2Cl2 (strumień G). W absorberze AS następuje
całkowite wydzielenie HCl, a metan zawracany jest do reaktora (strumień E).
Stopień przemiany metanu w chlorek metylu (x) definiowany jest następująco:
x = WK[CH3Cl]/WF[CH4] 0≤x≤1
Stosunek strumieni metanu; zawracanego w obiegu (strumień E) i doprowadzanego do
układu (strumień B) definiowany jest następująco:
u = WE[CH4]/WB[CH4]
0≤ u
Wydajność procesu przetwarzania metanu w chlorek metylu (α) definiowana jest jako
stosunek produkowanego chlorku metylu (strumień G) do strumienia wprowadzanego
metanu
(strumień B).
α = WG[CH3Cl]/WB[CH4]
Przyjmując za podstawę bilansu 1 kmol/s strumienia metanu (WB = 1 kmol/s) oblicz
zależność α od x i u (α = f(x,u)).
Zadanie 2 (Zadanie 5. z finału XXV Konkursu Chemicznego)
Do absorbera AS1 wprowadza się strumień E zawierający gazy nitrozowe (NOX = NO
+ NO2, O2 i N2) oraz strumień B zawierający b %mas kwas azotowy z absorbera AS2.
W absorberze AS1 powstaje kwas azotowy a % mas. HNO3 (strumień A). W
absorberze AS2 następuje całkowita absorpcja NOX, czyli cały strumień WE[NOX]
zostaje przetworzony w HNO3 (w obu absorberach AS1 i AS2). Stopień przemiany
NO2 w HNO3 w AS1 wynosi:
x=(WE[NOX] – WF[NOX])/WE[NOX]
W [kmol/h]
Wyznacz: a = f(b) dla x = 0,6. Obliczenia przeprowadzić przyjmując za podstawę
bilansu 100 kg/h strumienia A (GA)
Pamiętaj, że: WE[N2] = WD[N2].
Masa molowa HNO3 wynosi 63kg/kmol a wody 18kg/kmol.
Zadanie 3 (Zadanie 19. z XXVIII Konkursu Chemicznego)
Otrzymywanie H2SO4 z SO3 prowadzi się
w wieży absorpcyjnej WA. Do wieży
doprowadza
się
strumień
gazowy
zawierający 10% mol. SO3 (strumień G)
oraz
strumień
kwasu
siarkowego
zawierający 95% wag. H2SO4 (strumień
A). Gaz opuszczający wieżę (strumień B)
nie zawiera SO3. Kwas siarkowy odprowadzany z wieży zawiera y% wag. H2SO4
(strumień C). Wyznaczyć zależność y od stosunku strumieni GA/WG:
y = f(GA/WG), GA [kg/s], WG [kmol/s]
Oblicz dla jakiej wartości GA/WG otrzymamy 100% kwas siarkowy?
Zadanie 4 (Zadanie 20. z XXVIII Konkursu Chemicznego)
Roztwór SO3 w kwasie siarkowym nosi nazwę oleum lub dymiącego kwasu
siarkowego. 20-procentowe oleum (20 % mas. SO3 i 80 % mas. H2SO4) otrzymuje się
przez absorpcję SO3 w wieży zasilanej oleum zawierającym b % mas. SO3 (strumień
B). Strumień B otrzymywany jest przez rozcieńczenie kwasem siarkowym (95 %
mas.) części produkowanego 20-procentowego oleum (strumień E). Stosunek wagowy
natężenia strumienia zawracanego do strumienia produkowanego oleum GE/GP = n.
Przyjmując za podstawę bilansu 100 kg 20 % oleum (GP = 100 kg/h) znajdź zależność
b=f(n).
Zadanie 5 (Zadanie 19. z XXVII Konkursu Chemicznego)
W procesie półspalania metanu w tlenie powstaje: acetylen, etylen, wodór, para
wodna, tlenek i dwutlenek węgla oraz sadza. Gaz po procesie zawiera również
nieprzereagowany metan. Całkowity stopień przemiany metanu wynosi 95%
((WA[CH4]–WE[CH4])/WA[CH4]=0.95). Stężenie tlenu w mieszaninie z metanem
(strumień WA) wynosi 38% objętościowych. Uproszczony schemat procesu
przedstawiono na rysunku:
Stosunek molowy powstałego tlenku węgla do nieprzereagowanego metanu wynosi 10
(WE[CO]/WE[CH4]=10). Stopień przemiany metanu w sadzę wynosi 2%
(WD[C]/WA[CH4]=0.02). Stosunek powstałej w reaktorze pary wodnej do tlenku węgla
wynosi 1 (WD[H2O]/WE[CO]=1).
Przyjmując za podstawę bilansu 100kmol/s strumienia WA oblicz zależność ułamka
molowego acetylenu (b) w strumieniu WE od n (n - stosunek molowy wytworzonego
acetylenu do sadzy (WE[C2H2]/WD[C]= n).
Zadanie 6 (Zadanie 20. z XXVI Konkursu Chemicznego)
Kwas benzenosulfonowy otrzymuje się przez sulfonowanie benzenu metodą ciągłą.
Do reaktora wprowadza się benzen (strumień WA) i oleum (GE) zawierające kwas
siarkowy i c % mas. SO3. Powstająca w procesie woda jest oddestylowywana wraz z
nadmiarem benzenu. Stosunek molowy benzenu do wody w destylacie wynosi 10
(WF[C6H6]/WF[H2O] = 10). Benzen po oddzieleniu wody zawraca się do reaktora.
Strumień P opuszczający reaktor zawiera kwas benzenosulfonowy i 3 % mas. H2SO4.
Przyjmując, że stosunek natężenia strumieni WA/WB = z wyznacz zależność z = f(c).
Za podstawę obliczeń przyjąć 1 mol/s strumienia benzenu (WA = 1 mol/s).
Zadanie 7 (Zadanie 19. z XXV Konkursu Chemicznego)
Syntezę amoniaku prowadzi się w instalacji, ktorą przedstawiono na rysunku. Gaz
syntezowy (strumień A) zawiera 4 % mol. argonu. Stosunek molowy wodoru do azotu
w strumieniu A wynosi 3 (WA[H2]/WA[N2] = 3). Stosunek strumienia zawracanego B
do strumienia A wynosi m (WB/WA = m).
Wydajność procesu obliczana jako stosunek 3WP[NH3] / 2WA[H2] = 0,95.
Przyjmując za podstawę bilansu 100 kmol/h strumienia A obliczyć zależność m od
stopnia przemiany wodoru w reaktorze (m = f(x)).
Zadanie 8 (Zadanie 20. z XXV Konkursu Chemicznego)
W reaktorze utlenia się NH3 na siatkach platynowo-rodowych. Produktami utleniania
amoniaku może być tlenek azotu, podtlenek azotu i azot.
NH3 + 1,25O2 = NO + 1,5H2O
NH3 + O2 = 0,5N2O + 1,5H2O
NH3 + 0,75O2 = 0,5N2 + 1,5H2O
Do aparatu doprowadza się mieszaninę amoniaku i powietrza. Stosunek natężeń
strumienia powietrza do strumienia amoniaku w kmol/h wynosi K. Gazy po reakcji
zawierają NO, H2O, N2, O2. Zakłada się, że amoniak przereagowuje całkowicie, a
produktami są NO i N2 (bez N2O). Stopień przemiany NH3 do NO wynosi x. Wyznacz
zależność pomiędzy stężeniem NO w gazach po reakcji (b, %mol) a stopniem
przemiany NH3 do NO (x) i stosunkiem natężeń strumieni powietrza i amoniaku (K).
x=WP[NO]/WA[NH3]
K=WB/WA
b=WP[NO]/WP * 100%
Obliczenia należy prowadzić dla podstawy bilansu WA = 1 kmol/h.
Zadanie 9 (Zadanie 5. z finału XXVII Konkursu Chemicznego)
Synteza amoniaku przebiega zgodnie
ze schematem. Gaz do syntezy
(strumień A) zawiera (w % molowych)
71 % wodoru, 25 % azotu i 4 %
argonu. Przed reaktorem strumień A
miesza się z gazem obiegowym
(strumień D). Stopień przemiany
wodoru w reaktorze wynosi x. Gazy po
reakcji przechodzą przez skraplacz,
gdzie następuje całkowite wykroplenie
amoniaku
(strumień
B).
Część
nieprzereagowanego gazu odprowadza
się na zewnątrz instalacji (strumień R),
a reszta jest zawracana do reaktora.
Przyjmując, że stosunek molowy strumieni WD/WA wynosi y, wyznacz zależność y =
f(x). Obliczenia przeprowadź przyjmując wielkość strumienia WA = 100 kmol/h i
WR[H2] / WA[H2] = 0,05.
Zadanie 10 (Zadanie 19. z XXIV Konkursu Chemicznego)
Utlenianie SO2 prowadzi się na katalizatorach wanadowych. Do reaktora doprowadza
się gazy uzyskane ze spalania siarki o składzie (w procentach molowych) 10 % SO 2,
11 % O2 i 79 % N2. Stopień przemiany SO2 w SO3 uzyskiwany na katalizatorze
oznacza się x i definiuje x=WP[SO3]/WA[SO2]
Zawartość SO2 w gazach poreakcyjnych wynosi a (% mol.). Schemat instalacji:
Przyjmując za podstawę bilansu natężenie strumienia A: WA = 100 kmol/h wyznacz
i przedstaw graficznie zależność a = f(x).
Zadanie 11 (Zadanie 19. z XXIII Konkursu Chemicznego)
Syntezę amoniaku prowadzi sie w instalacji, która przedstawiono na rysunku. Gaz
syntezowy (strumień A) zawiera niestechiometryczna ilość wodoru i azotu oraz 2,5%
argonu. Ułamek molowy wodoru i azotu w strumieniu A wynosi odpowiednio 72,5 i
25%. Przed reaktorem strumień A miesza sie z gazem obiegowym (strumień D). Gazy
po reakcji przechodzą przez skraplacz, gdzie następuje całkowite wykroplenie
amoniaku (strumień P). Część nieprzereagowanego gazu odprowadza sie na zewnątrz
instalacji (strumień R), a reszta jest zawracana do reaktora.
Stosunek wodoru do azotu w strumieniu B wynosi m (m = WB[H2]/ WB[N2]).
Wydajność procesu wynosi U: U = (WA[H2] – WR[H2])/ WA[H2]
Stopień przemiany wodoru w reaktorze x wynosi: x = (WB[H2] – WC[H2])/ WB[H2]
Przyjmując za podstawę bilansu 100 kmol/h strumienia A i wydajność procesu U = 0,9
obliczyć zależność m od stopnia przemiany wodoru w reaktorze (m = f(x)).
Zadanie 12 (Zadanie 20. z XXIII Konkursu Chemicznego)
Syntezę chlorku metylu prowadzi sie w instalacji, która przedstawiono na rysunku.
Chlorek metylu otrzymuje sie w procesie chlorowania metanu (strumień E) gazowym
chlorem (strumień B). Strumień E oprócz metanu zawiera azot. Proces chlorowania
metanu prowadzi sie stosując nadmiar metanu w stosunku do chloru. W reakcji:
CH4 + Cl2 = CH3Cl + HCl
chlor zużywa sie całkowicie. Powstały w reaktorze RC chlorowodór usuwany jest
w absorberze AB za pomocą strumienia wody. Po oddzieleniu w skraplaczu SK
chlorku metylu, cześć metanu i azotu odprowadzana jest z instalacji (strumień R)
a pozostała część zawracana jest do reaktora RC.
Stosunek natężenia metanu w strumieniu S do natężenia metanu w strumieniu A
wynosi u (u = WS[CH4]/WA[CH4]). Stopień przemiany metanu w reaktorze RC wynosi
x = (WE[CH4] – WC[CH4])/ WE[CH4].
Wydajność przetwarzania metanu w chlorek metylu wynosi: η =WP[CH3Cl] /
WA[CH4].
Oblicz zależność u = f(x)
przyjmując wartość η = 0,9.
Obliczenia
należy
wykonać
przyjmując za podstawę bilansu
natężenie strumienia WA[CH4]
=100 kmol/h.
Zadanie 13 (Zadanie 5. z finału XXI Konkursu Chemicznego)
Synteza metanolu przebiega zgodnie ze schematem przedstawionym na rysunku,
z wydajnością η = 0,95 (η = WB[CH3OH]/WA[CO]). Gaz do syntezy (strumień A)
zawiera 70% wodoru, 28% CO i 2% azotu. Przed reaktorem strumień A miesza się
z gazem obiegowym (strumień D). Stopień przemiany CO w reaktorze wynosi X:
X = (WC[CO] – WE[CO])/WC[CO]
Gazy po reakcji przechodzą przez skraplacz, gdzie następuje całkowite wykroplenie
metanolu (strumień B). Część nieprzereagowanego gazu odprowadza sie na zewnątrz
instalacji (strumień R), a reszta jest zawracana do reaktora. Przyjmując, że stosunek
molowy strumieni WD / WA wynosi z, wyznacz zależność z = f(X). Jako podstawę
bilansu przyjmij wielkość strumienia WA = 100 kmol/h.
Zadanie 14 (Zadanie 17. z XXI Konkursu Chemicznego)
W przedstawionej schematycznie instalacji prowadzi sie proces katalitycznego
utleniania aldehydu octowego do kwasu octowego tlenem z powietrza. Stosunek
natężenia strumienia powietrza do strumienia aldehydu wynosi z (W B/WA = z takie, że
z > 2,25). Przyjmując za podstawę bilansu WA = 1 kmol/h aldehydu oblicz ułamek
molowy aldehydu w gazach po reakcji (strumień K) w zależności od z (aCH 3CHO =
f(z)). Wydajność procesu η ( η = WP[CH3COOH] / WA[CH3CHO]) wynosi 0,90.
Zadanie 15 (Zadanie 18. z XXI Konkursu Chemicznego)
85% kwas fosforowy produkuje się
spalając ciekły fosfor (strumień A)
w powietrzu. Powstały P2O5 absorbuje sie
w kwasie fosforowym o stezeniu c%.
Część
powstałego
85%
kwasu
fosforowego po rozcieńczeniu woda
zawraca sie do absorpcji, a reszta stanowi
produkt.
Ustal
zależność
miedzy
ułamkiem wagowym bH3PO4 kwasu
fosforowego
zasilającego
wieżę
absorpcyjna
a
strumieniem
GF
zawracanego kwasu, bH3PO4 = f(GF). Jako
podstawę bilansu przyjmij wielkość
strumienia GP = 1 kg 85% H3PO4/h.
Zadanie 16 (Zadanie 19. z XX Konkursu Chemicznego)
Sulfonowanie benzenu prowadzi sie stosując oleum, czyli kwas siarkowy zawierajacy
wolny SO3. W reakcje z benzenem wchodzą oba składniki, tj. H2SO4 i SO3.
Z instalacji odprowadza sie kwas benzenosulfonowy zawierajacy H2SO4 (strumień P).
Stosunek molowy kwasu siarkowego w strumieniu P (WP[H2SO4]) do kwasu
benzenosulfonowego (WP[C6H5SO3H]) wynosi n (WP[H2SO4] / WP[C6H5SO3H] = n).
Przyjmując, że do instalacji doprowadza sie 1 kmol/h benzenu (strumień A), wyznacz
zależność wielkości strumienia oleum od a i n, tj. GB = f(a, n), gdzie a oznacza procent
wagowy wolnego SO3 w strumieniu B.
Fabryka kwasu siarkowego produkuje 95% H2SO4 i 20% oleum. Stosunek wagowy
wyprodukowanego oleum (strumień A) do 95% kwasu siarkowego (strumień B)
wynosi n (GA / GB = n). SO3 pochłaniany jest w systemie wie) absorpcyjnych w 17%
oleum i 94% H2SO4 (strumienie odpowiednio K i L). Przyjmując za podstawę bilansu
wielkość strumienia B (GB = 100 kg 95% H2SO4 / h) oblicz zależność strumienia D od
n (GD = f(n)).
Chlorek potasu otrzymuje się z wodnego roztworu
sylwinitu zawierającego 35 %wag KCl. W wyniku
krystalizacji otrzymuje się czysty KCl oraz roztwór
pokrystaliczny zawierający a %wag KCl. Oblicz
zależność wydajności krystalizacji od stężenia KCl w
roztworze pokrystalicznym.
n = f(a) gdzie n = GB[KCl]/GA[KCl], [kg/kg]
Obliczenia prowadź zakładając, że w ciągu 1 godziny
przerabia się 1000 kg roztworu sylwinitu (GA = 1000 kg/h).
Zadanie 19 (Zadanie 5. z finału XV Konkursu Chemicznego)
Chlorobenzen otrzymuje się przez chlorowanie
benzenu chlorem w instalacji, w której stosuje
się nadmiar benzenu. Do reaktora wprowadza
się benzen zawierający domieszkę azotu
WA[N2]/WA[C6H6] = K. Z reaktora odprowadza
się
chlorobenzen,
chlorowodór
WP[C6H5Cl]/WD[HCl]
=
1
oraz
nieprzereagowany benzen i azot. Zawartość
azotu w strumieniu WC wynosi b% molowych.
Przyjmując za podstawę bilansu 100 kmoli/h chloru (WB = 100 kmoli/h) oblicz
zależność b = f(n, K), gdzie n (wydajność procesu) = WP[C6H5Cl]/WA[C6H6].
Zadanie 20 (Zadanie 26. z XV Konkursu Chemicznego)
Rozkład węglanu wapnia prowadzi się w
piecach szybowych. Węglan zawiera
5%w zanieczyszczeń w postaci MgCO3.
W celu uzyskania wysokiej temperatury
spala się węgiel stosując nadmiar
powietrza. Jako produkt otrzymuje się
CaO (wapno palone) zawierające
domieszkę MgO. Gazy opuszczające piec
zawierają dwutlenek węgla, azot i tlen.
Zawartość CO2 wynosi a% molowych.
Oblicz zależność a = f(N), gdzie N =
GB/GA(kg/h)/(kg/h). Za podstawę bilansu
należy przyjąć 100 kg/h węglanu wapnia i magnezu: GA = 100 kg/h. Dla uproszczenia
należy przyjąć skład powietrza: 80%mol azotu i 20%mol tlenu oraz MMgCO3 = 84 g/mol,
MCaCO3 = 100 g/mol, MC = 12 g/mol.
Zadanie 21 (Zadanie 20. z XVII Konkursu Chemicznego)
Syntezę metanolu prowadzi się w instalacji, którą przedstawiono na rysunku. Gaz
syntezowy (strumień A) zawiera 1% molowy gazów obojętnych. Stosunek molowy
wodoru do tlenku węgla wynosi 2 (WA[H2]/WA[CO] = 2). Ułamek molowy gazów
obojętnych w strumieniu R wynosi 0,25. Stosunek strumienia zawracanego B do
strumienia A wynosi k (WB/WA = k). Stosunek molowy wodoru do tlenku węgla w
strumieniu B wynosi 2 (WB[H2]/WB[CO] = 2). Przyjmując za podstawę bilansu
100 kmol/h strumienia A, oblicz zależność k od stopnia przemiany tlenku węgla w
reaktorze (k = f(x)).
Zadanie 22 (Zadanie 25. z XVI Konkursu Chemicznego)
Stężony 95% kwas siarkowy otrzymuje się przez absorpcję SO3 w wieży zasilanej b%
H2SO4 (strumień C). Kwas b%
otrzymywany
jest
przez
rozcieńczenie
części
kwasu
produkcyjnego
90%
kwasem
siarkowym (strumień D). Stosunek
wagowy natężenia strumienia
zawracanego
do
natężenia
strumienia kwasu produkowanego
GD/GB =
n
[(kg/h)/(kg/h)].
Przyjmując za podstawę bilansu
100 kg 95% H2SO4/h (GB = 100
kg/h) znajdź zależność pomiędzy
stężeniem b% kwasu zasilającego
wieżę a stosunkiem n (b = f(n)).
Zadanie 23 (Zadanie 26. z XVI Konkursu Chemicznego)
Prażąc FeS2 (piryt) w strumieniu powietrza otrzymuje się gaz zawierający SO2, O2 i
N2 oraz wypałki - Fe2O3. Przyjmując, że ułamek molowy tlenu w strumieniu P wynosi
x (x = WP[O2]/WP) i ułamek molowy SO2 w strumieniu P wynosi y (y = WP[SO2]/WP),
oblicz zależność y = f(x). Obliczenia przeprowadź przyjmując za podstawę bilansu 1
kmol/h gazu opuszczającego reaktor (WD = 1 kmol/h). Skład powietrza: 20% tlenu i
80% azotu.
Zadanie 24 (Zadanie 5. z finału XVIII Konkursu Chemicznego)
Do reaktora wprowadza się benzen (strumień WA i strumień WC) i oleum 20% (GE). W
separatorze I oddziela się otrzymany kwas benzenosulfonowy i H2SO4 (strumień P).
Stosunek molowy kwasu siarkowego do kwasu benzenosulfonowego w strumieniu P
wynosi n. Benzen po oddzieleniu wody w separatorze II zawraca się do reaktora
(strumień WC). Przyjmując, że stosunek natężenia strumieni WC/WA = z wyznacz
zależność procentu molowego kwasu siarkowego w strumieniu F od z i n [b=f(z,n)].
Za podstawę obliczeń przyjmij 1 mol/s strumienia benzenu (WA = 1mol/s).
Zadanie 25 (Zadanie 5. z finału XIX Konkursu Chemicznego)
Proces wytwarzania stężonego HNO3 przedstawiono na poniższym rysunku.
Surowcami są tlenki azotu (NO i NO2) wprowadzone do reaktora utleniania RU
w strumieniu A wraz z tlenem i azotem, tlen (strumień E) i woda (strumień G).
W reaktorze RU zachodzi utlenianie NO do NO2 100-procentowym HNO3, wg reakcji:
NO + 2HNO3  3 NO2 + H2O
Tlen i azot znajdujące się w strumieniu A nie biorą udziału w reakcji (czyli WA[O2] =
WK[O2] i WK[N2] = WA[N2]). Nieprzereagowany w reaktorze RU kwas azotowy wraz
z powstałą wodą odprowadza się do reaktora-autoklawu RA (strumień D). Gaz
opuszczający reaktor RU (strumień C) zawiera NO2, N2, O2. W skraplaczu SK w
obniżonej temperaturze skrapla się NO2 i powstały N2O4 przesyła (strumień F) do
reaktora-autoklawu RA. W reaktorze RA zachodzi reakcja:
N2O4 + H2O + ½ O2  2 HNO3
Produktem procesu w reaktorze-autoklawie RA jest stężony HNO3 (100%), którego
część odprowadzana jest z układu (strumień H), a pozostała część (strumień B)
kierowana jest do utleniania NO w reaktorze RU.
Przyjmując, że:
Wyznacz zależność y=f(v,u). Obliczenia należy wykonać przyjmując, że produkcja
kwasu azotowego (strumień H) wynosi 1 kmol/s.

Zbiór zadań technologicznych

Transkrypt

Podobne dokumenty

Instrukcja

ręczny pistolet natryskowy airmix® xcite™ uruchamianie i obsługa

optymalizacja zysku

Forum Afrykańskie

kino wisła - Gmina Strumień

KOMUNIKACJA