Задача 1

Составить материальный баланс нитратора, производительностью 3 т/ч нитробензола. Выход нитробензола 98% от теоретического. Состав нитрующей смеси [%(мас)]: HNO3 – 20, H2SO4 – 60, H2O – 20. Расход нитруюшей смеси 4 кг на 1 кг бензола: С6Н6+НNI3=C6H5-NO2+H2O

1 Изобразим процесс на схеме

Рисунок 1- Схема входящих и выходящих материальных потоков

2 Определим молекулярные массы веществ

µ(С6Н6) = 78 кг/кмоль; µ(C6H5-NO2) = 125 кг/кмоль; µ(HNO3) = 63 кг/кмоль; µ(H2O) = 18 кг/кмоль.

3 Составим приходную часть материального баланса

3.1 Определим количество бензола необходимого для получения 3000 кг/ч C6H5-NO2

76 – 123

х – 3000

х = G С6Н6 теор = (3000*78)/123 = 1902 кг/ч

G С6Н6 действ = С6Н6 / 0,98

G С6Н6 действ = 1902 / 0,98= 1941 кг/ч

3.2 Определим количество нитрующей смеси

Gнитр смеси = 4 * G С6Н6 действ

Gнитр смеси = 4 * 1941= 7764 кг/ч

3.3 Определим количество азотной кислоты

G HNO3 вх = 0,2 * Gнитр смеси

G HNO3 вх = 0,2 * 7764 = 1553 кг/ч

3.4 Определим количество воды на входе

G H2O вх = 0,2 * Gнитр смеси

G H2O вх = 0,2 * 7764 = 1553 кг/ч

3.5 Определим количество серной кислоты

G H2SO4 вх = 0,6 * Gнитр смеси

G H2SO4 вх = 0,6 * 7764 = 4659 кг/ч

4 Составим расходную часть материального баланса

4.1 Определим количество бензола

G С6Н6 вых = G С6Н6 теор – G С6Н6 действ

G С6Н6 вых = 1941 – 1902 = 39 кг/ч

4.2 Определим количество азотной кислоты

G HNO3 вых = G HNO3 вх – G HNO3 хр

63 – 123

х – 3000

х = G HNO3 хр = 63 * 3000/123 = 1537 кг/ч

G HNO3 вых = 1553 – 1537 = 16 кг/ч

4.3 Определим количество воды

G Н2О вых = G Н2О вх + G Н2О хр

18 – 123

х – 3000

х = G Н2О хр = 18*3000/123 = 439 кг/ч

4.4 Определим количество серной кислоты

Серная кислота выступает в качестве водоотнимающего средства. Следовательно,

G Н2SO4 вых = G Н2SO4 вх

G Н2SO4 вых = 4659 кг/ч

5 Составим итоговую таблицу

Таблица 1 – Итоговый баланс нитратора

Задача 2

Рассчитать материальный баланс нейтрализатора для получения аммиачной селитры, производительностью 20 т/ч. В производстве применяется 47% азотная кислота HNO3 и 100% газообразный аммиак NH3. Потеря HNO3 и NH3 в производстве составляет 1% от теоретически необходимого количества, для обеспечения заданной производительности. Из нейтрализатора аммиачная селитра составляет 60% раствора NH4NO3 в воде. Определить количество влаги, испарившейся в результате экзотермической реакции нейтрализатора.

1 Изобразим процесс на схеме

Рисунок 2- Схема входящих и выходящих материальных потоков

2 Определим молекулярные массы веществ

µ(NH4NO3) = 80 кг/кмоль; µ(NH3) = 17 кг/кмоль; µ(HNO3) = 63 кг/кмоль; µ(H2O) = 18 кг/кмоль.

3 Составим приходную часть материального баланса

3.1 Определим количество аммиака, необходимого для получения аммиачной селитры

17 - 80

х – 20000

х = GNH3 хр = 17*20000/80 = 4250 кг/ч

GNH3 вх = GNH3 хр/0,99 = 4293 кг/ч

3.2 Определим количество азотной кислоты

63 – 80

х – 20000

х = GHNO3 хр = 63*20000/80 = 15750 кг/ч

GHNO3 вх = GHNO3 хр/0,99 = 15909 кг/ч

3.3 Определим количество воды

15909 – 0,47

х – 0,53

х = GH2O хр = 15909*0,53/0,47 = 17740 кг/ч

4 Составим расходную часть материального баланса

4.1 Определим количество азотной кислоты

G HNO3 вых = G HNO3 вх – G HNO3 хр

G HNO3 вых = 15909 – 15750 = 159 кг/ч

4.2 Определим количество аммиака

G NH3 вых = G NH3 вх - G NH3 хр

G NH3 вых = 4293 – 4250 = 43 кг/ч

4.3 Определим количество воды

20000 – 0,6; х – 0,4; х = GH2O вх = 20000*0,4/0,6 = 13333 кг/ч

GH2O вых = GH2O хр - GH2O вх

GH2Oвых = 17740 – 13333 = 4407 кг/ч

5 Составим итоговую таблицу

Таблица 2 – Итоговый баланс нейтрализатора

Задача 3

Составить материальный баланс контактного аппарата для каталитического окисления SO2 в SO3 производительностью 10 000 м3/ч исходного газа следующего состава [%(об.)]: SO2-8,5; О2-12,5; N2-79 . Степень окисления SO2 в SO3 составляет 98%

(SO2+1/2О2 SO3).

1 Изобразим процесс на схеме

Рисунок 3 - Схема входящих и выходящих потоков в контактном аппарате

2 Определим молекулярные массы веществ

µ(SO2) = 64,06 г/моль; µ(О2) = 32 г/моль; µ(SO3) = 80,06 г/моль; µ(N2) = 28 г/моль.

3 Составим приходную часть материального баланса

3.1 Определим количество SO2 на входе

м3/ч (0,236 м3/с)

кг/ч (0,675 кг/с)

3.2 Определим количество O2 на входе

;

м3/ч (0,347 м3/с);

;

кг/ч (0,496 кг/с);