Цели и задачи практических занятий

СБОРНИК ЗАДАЧ

К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

ПО КУРСУ "ИНЖЕНЕРНАЯ

ХИМИЯ"

Учебное пособие

 

 

РПК

«Политехник»

Волгоград

 

 

Ю. В. Попов, К. Ф. Красильникова, Т. К. Корчагина, Г.М. Бутов, В.М. Мохов

 

 

 

 

СБОРНИК ЗАДАЧ

К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

ПО КУРСУ "ИНЖЕНЕРНАЯ

ХИМИЯ"

 

 

 

УДК 54:66.011/023 678.6*7:665.64

 

Рецензенты:

д-р хим. наук, профессор А. К. Брель;

д-р техн. наук, профессор Е. В. Москвичева

 

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Волгоградского государственного технического университета

 

 

Попов Ю.В.

Инженерная химия. Сборник задач к практическим занятиям по курсу "Инженерная химия": учеб. пособие/ Ю.В. Попов, К. Ф. Красильникова, Т. К. Корчагина, Г.М. Бутов, В.М.Мохов/ ВолгГТУ. - Волгоград, 2007. - 122 с.

 

 

Содержит полное собрание задач к практическим занятиям по курсу "Основы инженерной химии".

Рассматриваются задачи для материальных, термодинамических и тепло­вых расчетов химико-технологических процессов.

Рассчитан на студентов дневной формы обучения по направлению 550800 (химическая технология и биотехнология), а также студентов вечерней фор­мы обучения специальности 250100.

Табл. 406: Библиогр.: 5 назв.

 

ISBN 5-230-03716-4

© Волгоградский государственный

технический университет, 2007

Цели и задачи практических занятий

1. Применить теоретические знания по курсу «Основы инженерной химии» для практических расчётов промышленных технологиче­ских процессов. Они включают расчеты материальных и энергети­ческих потоков, термодинамические расчеты, определение скоро­стей протекания химико-технологических процессов, расчет реакто­ров с учетом гидродинамического режима и др.

2. Развить навыки самостоятельной работы с литературой и справочниками.

ТЕМА №1. Расчёт расходных коэффициентов

Рассчитать практические расходные коэффициенты для реагентов по основной реакции на 1 тонну целевого продукта, используя такие данные ма­териального баланса, как технологический выход продукта f, степень превращения реагента Х_А, мольное соотношение исходных реагентов и состав исходных реагентов.

ТЕМА №2. Расчёт теоретического материального баланса

Составить теоретический материальный баланс на 1 кмоль/мин и на 1 кг/мин для основной реакции. Результаты расчёта представить в форме таблицы.

ТЕМА №З. Расчёт практического материального баланса

Составить практический материальный баланс получения целевого продукта, используя все данные материального баланса по заданию. Расчет вести в единицах мольного потока (кмоль/мин). Результаты расчёта предста­вить в форме таблицы, где привести материальные потоки в следующих еди­ницах измерения: кг/мин, %массовые, кмоль/мин, % мольные, м³/мин, % объёмные.

Задание №1

 

Данные материального баланса:

основная: C₆H₅NO₂ + 3H₂ = C₆H₅NH₂ + 2H₂O;

(А) (В) (анилин)

побочная: С₆Н₅NО₂ + 6Н₂ = C₆H₁₁NH₂ + 2H₂O.

(нитробензол) (циклогексиламин)

 

Варианты
Производительность реактора, П, т/год
Число дней работы реактора в году, n
Технологический выход продукта, f,%
Мольное соотношение исходных реагентов, А:В	1:10	1:5	1:8	1:3	1:6	1:7	1:5	1:4
Степень превращения хА,%
Селективность основной реакции. Ф,%
Состав исходного реагента А, %масс	C6H5NO2	98,7	94,9	96,2	99,1	89,9	87,6	98,0	97,5
примесь С6Н6	1,3	5,1	3,8	0,9	10,1	12,4	2,0	2,5
Состав ис­ходного реагента В, %масс	H2	99,8	99,5	98,7	96,8	95,9	97,5	99,0	99,5
примесь N2	0,2	0,5	1,3	3,2	4,1	2,5	1,0	0,5

Задание № 2

 

Данные материального баланса:

основная: С₆Н₆ + СН₃С1 = С₆Н₅СН₃ + НС1

(А) (В) (толуол)

побочная: С₆Н₆ + 3СН₃С1 = С₆Н₃(СН₃)₃ + 3НС1

(бензол) (триметилбензол)

 

Варианты
Производительность реактора, П, т/год
Число дней работы реактора в году, n
Технологический вы­ход продукта, f,%
Мольное соотношение исходных реагентов, А:В	1:2,1	1:3	1:3,2	1:3,4	1:3,5	1:2,5	1:4	1:4,6
Степень превращения хА,%
Селективность основной реакции. Ф,%
Состав исходного реагента А, %масс	C6H6		98,5			99,5	97,7	98,7	99,0
примесь C6H5CH3	3,0	1,5	1,0	2,0	0,5	2,3	1,3	1,0
Состав ис­ходного реагента В, %масс	CH3CI						95,9	90,9	98,7
примесь CCl4	2,0	3,0	1,0	4,0	9,0	4,1	9,1	1,3

 

Задание № 3

 

Данные материального баланса:

 

основная: С₆Н₅-СН₃ + 10Н₂ = 7 СН₄;

(А) (В)

побочная: C₆H₅-CH₃ +3H₂ = С₆Н₁₁СН₃

(толуол) (гептен-1)

 

Варианты
Производительность реактора, П,. т/год
Число дней работы реактора в году, n
Технологический вы­ход продукта, f,%
Мольное соотношение исходных реагентов, А:В	1:11	1:12	1:15	1:9,5	1:13	1:12,5	1:10	1:13
Степень превращения. Ха,%
Селективность основной реакции Ф,%	87,5					93,9	98,7	89,6
Состав ис­ходного реагента А, %масс	С6H5СНз
примесь С6Н6
Состав ис­ходного реагента В, %масс	Н2	99,7	98,5	93,9	99,8	91,6
примесь N2	0,3	1,5	6,1	0,2	8,4

Задание № 4

 

Данные материального баланса:

 

основная: С₆Н₆ + НNO₃ = С₆Н₅NO₂ + H₂O;

(А) (В) (нитробензол)

побочная: С₆Н₆ + 2НNO₃ = С₆Н₄(NO₂)₂ + 2 H₂O

(бензол) (динитробензол)

 

	Варианты
Производительность реактора, П, т/год
Число дней работы реактора в году, n
Технологический выход продукта, f, %
Мольное соотношение исходных реагентов, А:В	1:4	1:8	1:6	1:5	1:3	1:5,5	1:6.5	1:10
Степень превращения,
	Селективность основной реакции, Ф,%
	Состав исходного реагента А, %масс	C6H6	96,5	99,3	89,8	88,6	90,0	96,8	99,4	95,6
примесь С6Н5СН3	3,5	0,7	10,2	11,4	10,0	3,2	0,6	4,4
	Состав ис­ходного реагента В, %масс	HNО3
примесь Н2О
примесь H2SO4

 

Задание № 5

Данные материального баланса:

основная: С₆Н₅ -CН-СН₃ = C₆H₅-С=СН₂ + Н₂;

СН₃ СН₃

(А) (α-метнлстирол)

побочная С₆Н₅ -CН-СН₃ = C₆H₆ + CH₃-СH=СН₂

СН₃

(нзопропилбензол) (пропен)

 

Варианты
Производительность реактора, П, т/год
Число дней работы реакторав году, n
Технологический вы­ход продукта, f,%
Степень превращения, хА, %
Селективность основной ре­акции, Ф,%
Состав исход­ного реагента А, %масс	С9Н12
примесь C6H6
примесь С6Н12 (н-гексан)

Задание №6

 

Данные материального баланса:

основная: СН₃СООН + С1₂ = СН₂Сl-СООН + HСl;

(А) (В) (ά-хлоруксусная кислота)

побочная: СН₂Сl-СООН + Сl₂ = СНСl₂-СООН + HСl

(дихлоруксусная кислота)

 

Варианты
Производительность реактора, П. т/год
Число дней работы реактора в году, n
Технологический вы­ход продукта, f,%	85,7	84,2	84,7	83,9	86,9	90,7	98,9	96,4
Мольное соотношение исходных реагентов, А:В	1:1,3	1:1,6	1:1,5	1:1,7	1:1,5	1:2	1:2,6	1:1,8
Степень превращения, хА, %
Селективность основной реакции, Ф,%
Состав ис­ходного реагента А, %масс	CH3СООН	96,6	97,8		93,8	98,2	99,9	98,6	95,6
примесь Н2О	3,4	2,2	1,0	6,2	1,8	0.1	1,4	4,4
Состав ис­ходного реагента В, %об.	Сl2			97,8		94,9	99,5	99,0
примесь N2	1,0	4,0	2,2	5,0	5,1	0,5	1,0	2,0

 

Задание № 7

 

Данные материального баланса:

основная: СН₃(СН₂)₄-СН ₃ =С₆H₆ +4Н₂;

(А) (бензол)

побочная: СН₃-(СН₂)₄-СН₃ = СН₃(СН₂)₃СН=СН₂ + Н₂.

(гексан) (1-гексен)

 

Варианты
Производительность реактора, П, т/год
Число дней работы реактора в году, n
Технологический вы­ход продукта, f, %
Степень превращения хА, %
Селективность основной ре­акции, Ф, %
Состав исход­ного реагента А, %масс	С6Н14	95,5		98,4	97,5	99,2	94,8	98,0	99,3
примесь С2Н6	4,1	1,0	1,4	2,1	0,5	5,0	1,2	0,4
примесь С3Н8	0,3	0,5	0,1	0,3	0,2	0,1	0,5	0,2
примесь С6Н6	0,1	0.5	0.1	0,1	0,1	0,1	0,3	0,1

 

 

Задание № 8

Данные материального баланса:

основная: CH₂Сl-CH₂Cl = СН₂=СНСl + НСl;

(А) (винилхлорид)

побочная: 2СН₂С1-СН₂Сl = СНСl₃ + C₃H₇Cl.

(дихлорэтан) (хлороформ) (хлорпропан)

 

 

Варианты
Производительность реактора, П, т/год
Число дней работы реактора в году,n
Технологический вы­ход продукта, f, %
Степень превращения, Ха, %
Селективность основной реакции, Ф, %		79.
Состав исходного реагента А, %масс	С2Н4Сl2		98,9	99,0	98,5	99,2	99,7	96,0	97,7
примесь С2Н6		1,0	0,8	1,2	0,7	0,1	3,4	2,1
примесьС2Н8		0,1	0,2	0,3	0,1	0,2	0,6	0,2

 

Задание №9

Данные материального баланса:

основная: CH₃COOH +C₂H₅OH = CH₃COOC₂H₅ + H₂O

(А) (В) (этилацетат)

побочная : 2C₂H₅OH = C₂H₅OC₂H₅ + H₂O.

(этанол) (диэтиловый эфир)

 

Варианты
Производительность реактора, П, т/год
Число дней работы реактора в году, n
Технологический вы­ход продукта. f,%
Мольное соотношение исходных реагентов, А:В	1:3	1:2	1:5	1:4	1:6	1:7	1:5,5	1:7,5
Степень превращения, Xа,%
Селективность основной реакции, Ф,%
Состав ис­ходного реагента А, %масс	С2Н5ОН	92,4	94,5	90,6	89,7	87,8	96,0	96,8	91,4
примесь Н2О	7,6	5,5	9,4	10,3	12,2	4,0	3,2	8,6
Состав ис­ходного реагента В, %масс	СН3СООН	97,6	98,2	98,5	97,2	93,5	99,0	98,0	94,7
примесь НСООН	2,4	1,8	1,5	2,8	6,5	1,0	2,0	5,3

 

 

Задание № 10

 

Данные материального баланса:

 

основная: СО + СН₃ОН + СН₂=СН₂ = СН₃СООС₂Н₅;

(А) (В) (D) (этил ацетат)

побочная: 2 СН₃ОН = СН₃ОСН₃ + H₂O

(метанол) (диметиловый эфир)

Варианты	]
Производительность реактора, П. т/год
Число дней работы реактора в году, n
Технологический вы­ход продукта, f, %	94,1	91,8	92,5	94,4	97,2	96,6	98,0	97,8
Мольное соотношение исходных реагентов, А: В: D	1:1,5:2	1:1:2	3:1:1	2,5:1:1,5	3:1:1,7	1:1:4	1:2:3	1:3:4
Степень превращения xA(xB), %	91,2		90,6	92,8	89,3	88,0	87,8	90,7
Селективность основной реакции, Ф, %	87,0	90,0	91,0	92,0	94,0	93,0	98,6	96,9
Состав исход­ного реагента А, %об.	СО	87,5	85,0	89,1	90,6	91,2	98,6	89,0	93,6
примесь N2	12.5	15,0	10,9	9,4	8,8	1,4	1,0	6,4
Состав исход­ного реагента B, %масс	СН3ОН	93,8	84,7	99,6	95,8	91,3	90,0	96,3	89.4
примесь Н2О	6,2	5,3	0,4	4,2	8,7	10,0	3,7	10,6
Состав исход­ного реагента D, %об.	CH2=CH2	99,9	99,7	99,5	99,2	99,0	97,4	98,5	99,3
примесь C2H6	0,1	0,3	0,5	0,8	1,0	2,6	1,5	0,7

 

Задание № 11

 

Данные материального баланса:

 

основная: С₄H₉OH + CH₃COOH = CH₃COOC₄H₉ + H₂O

(А) (В) (бутилацетат)

побочная: 2 С₄H₉OH = С₄H₉OС₄H₉ + H₂O,

(бутанол) (дибутиловый эфир)

 

Варианты
Производительность реактора, П, т/год
Число дней работы реактора в году, n
Технологический вы­ход продукта, f,%
Мольное соотношение исходных реагентов, А:В	1:1,5	1:2	1:1,3	1:2,5	1:1,7	1:2,4	1:3,3	1:2,6
Степень превращения, xA
Селективность основной реакции. Ф ,%	87,5	93,4	96,0	89,6	95,2	91,7	95,7	94,3
Состав ис­ходного реагента А, %масс	C4H9OH		91,8		97,5	98,1	97,9	99,0	99,2
примесь, Н2О		8,2	8,0	2,5	1.9	2,1	1,0	0,8
Состав ис­ходного реагента В, %масс	СН3СООН	92,6	98,3	99,1	97,1	92,8	99,0	98,5	90,9
примесь НСООН	7,4	1,7	0,9	2,9	7,2	1,0	1,5	9,1

 

Задание №12

Задание № 13

Данные материального баланса:

 

основная: СН₂=СН-СН₃ + H₂O = СН₃-СН-СН₃;

|

ОН

(А) (В) (изо -пропанол)

 

побочная: 2 CH₂=CH-CH₃ + H₂O = [(СН₃)₂СН]₂О.

(пропилен) (диизопропиловый эфир)

 

Варианты
Производительность реактора, П. т/год
Число дней работы реактора в году, n
Технологический вы­ходпродукта, f, %
Мольное соотношение исходных реагентов, А:В	1:2	1:1,5	1:3	1:2,2	1:1,8	1:1,7	1:4	1:3,5
Степень превращения, xA, %					86,6
Селективность основной реакции, Ф, %				83,6
Состав исход­ного реагента А, %масс	С3Н6
примесь С3Н8
Состав исход­ного реагента В, %масс	H2O

 

Задание №14

Задание № 15

Данные материального баланса:

 

основная: C₆H_l2 + O₂ = С₆Н₁₀О + Н₂О

(А) (В) (циклогексанон)

побочная: 2 С₆Н₁₂ + О₂ = 2 С₆Н₁₂О

(циклогексан) (циклогексанол)

Варианты	I
Производительность реактора, П, т/год
Число днейработы реактора в году, n
Технологический вы­ход продукта, f, %
Мольное соотношение исходных реагентов, А:В	1:1	1:1,5	1:2	1:2,5	1:1,8	1:3,7	1:2,9	1:1,6
Степень превращения, XA, %
Селективность основной реакции, Ф, %	94,7	91,8		95,7		92,9	95,5	98,6
Состав исход­ного реагента А, %масс	С6Н12					99,1			93,6
Примесь С6Н6			9,0	3,0	0,9			6,4
Состав исход­ного реагента В, %масс	О2
Примесь N2

Задание № 16

Данные материального баланса:

основная: СО + 3Н₂ = СН₄ + Н₂О

(А) (В)

побочная: 2СО + 4Н₂ = CH₃OCН₃ + Н₂О

(диметиловый эфир)

 

Варианты
Производительность реактора, П, т/год
Число дней работы реактора в году, n
Технологический вы­ход продукта, f, %
Мольное соотношение исходных реагентов, А:В	1:6	1:3,5	1:4	1:3,6	1:7	1:5	1:8	1:4,5
Степень превращения ХA, %
Селективность основной реакции, Ф, %
Состав исход­ного реагента А, %масс	СО
примесь СО2
Состав исход­ного реагента В, %масс	Н2
примесь N2

Задание № 17

Данные материального баланса:

основная: 2СО + 4Н₂ = CH₂=CH₂ + 2H₂O;

(А) (В) (этилен)

побочная: СО + ЗН₂ = СН₄+Н₂О.

 

Варианты
Производительность реактора, П, т/год
Число дней работы реактора в году, n
Технологический вы­ход продукта, f, %
Мольное соотношение исходных реагентов, А: В	1:2	1:3	1:4	1:2,5	1:3,7	1:5	1:3,8	1:4,5
Степень превращения XA, %
Селективность основной реакции, Ф, %			95,6		96,8
Состав исход­ного реагента А, %масс	СО
примесь СО2
Состав исход­ного реагента В, %масс	Н2
Примесь N2

Задание № 18

Данные материального баланса:

основная: СН₂=СН₂ + CО + Н₂ = СН₃СН₂СНО

(А) (В) (D) (пропаналь)

побочная: CH₂=CH₂ + H₂ = CH₃-CH₃,

(этилен) (этан)

 

Варианты
Производительность реактора, П, т/год
Число дней работы реактора в году, n
Технологический вы­ход продукта, f, %
Мольное соотношение исходных реагентов, А: В: D	1:1:2	1:2:4	1:3:7	1:1,5:4	1:3:4	1:3:2,5	1:2:2,3	1:3:4
Степень превращения хА. %
Селективность основной реакции, Ф, %	85,6	78,4	92,6	88,4	89,1	92,6	88,9	96,5
Состав исход­ного реагента А, %масс	СН2=СН2
примесь С2Н6
Состав исход­ного реагента В, %масс	СО
примесь. СО2
Состав исход­ного реагента D, %масс	H2				89,4	79,6			94,3
N2				10,6	20,4			5,7

 

Задание № 19

Данные материального баланса:

основная: СН ≡ СН + СО + Н₂О = СН₂=СН-СООH

(А) (В) (D) (акриловая кислота)

побочная: СО + Н₂O = СО₂+ Н₂

 

Варианты
Производительность реактора, П, т/год
Число дней работы реактора в году, n
Технологический вы­ход продукта, f, %	83,9	94,1	94,4	93,9	97,7	91,9	99,5	98,0
Мольное соотношение исходных реагентов, А: В: D	1:2:4	1:2:3	1:3:3	1:1,3:5	1:1,5:3	1:2,5:3	1:2:3,4	1:3:2
Степень превращения, xA %
Селективность основной реакции, Ф, %
Состав исход­ного реагента А, %масс	СН≡СН
Примесь C2H6
Состав исход­ного реагента В, %об.	СО					96,7			91,9
примесь СО2					3,3			8,1
Состав исход­ного реагента D, %масс	Н2О

 

 

Задание № 20

Данные материального баланса:

 

основная: CH₃OH + NH₃ = СН₃NH₂ + Н₂O;

(А) (В) (метиламин)

побочная: 2CH₃OH + NH₃ = (CH₃)₂NH + 2H₂O

(метанол) (диметиламин)

 

 

Варианты
Производительность реактора, П, т/год
Число дней работы реактора в году, n					33S
Технологический вы­ход продукта, f, %
Мольное соотношение исходных реагентов, А:В	1:2	1:1,5	1:3	1:4	1:2.5	1:2	1:3,7	1:4,2
Степень превращения xA, %
Селективность основной реакции, Ф, %	96,4	93,8	90,6	89,9	99,1
Состав исход­ного реагента А,%масс	СН3ОН			96,6	95,8				94,9
Примесь Н2О			3,4	4,2				5,1
Состав исход­ного реагента В, %об.	NH3	98,2	99,3	97,9	96,4			95,5	97,2
Примесь N2	1,8	0,7	2.1	3,6			4,5	2,8

 

Задание №21

Данные материального баланса;

основная: CH₂=CH₂ + NH₃ = CH₃CH₂NH₂

(А)(В) (этиламин)

побочная: 3CH₂=CH₂ + NH ₃ = (C₂H₅)₃N

(этилен) (триэтиламин)

 

 

Варианты
Производительность реактора, П, т/год
Число дней работы реактора в году, n
Технологический вы­ход продукта, f, %
Мольное соотношение исходных реагентов, А:В	1:1,5	1:3	1:2	1:2.5	1:4	1:5	1:5	1:9
Степень превращения, xА, %	97,6	95,3	92,8		97,4
Селективность основной реакции, Ф,%		87,3			95,7	96,6	98,8	99,5
Состав исход­ного реагента А, %масс	CH2=CH2		68,2	71,5	82,4	69,9	70,8
примесь С2Н6		31,8	28,5	17,6	30,1	29,2
Состав исход­ного реагента В, %об.	NН3								97,8
примесь H2								2,2

 

Задание №22

Данные материального баланса:

 

основная: CH₃CHO + NH₃ + H₂ = CН₃CH₂NH₂ + H₂О

(А) (В) (D) (этиламин)

побочная: 3CH₃CHO + NH₃ + 3H₂ = (СН₃СН₂)₃N + 3H₂O.

(ацетальдегид) (триэтиламин)

 

Варианты
Производительность реактора, П, т/год
Число дней работы реактора в году, n
Технологический вы­ход продукта, f, %