Задания. 1. Тринатрийгидродифосфат образуется по реакции

1. Тринатрийгидродифосфат образуется по реакции

Na₄P₂O₇ + HCl = Na₃HP₂O₇ + NaCl.

3166 152,4 2965 411,3 -D Н °₂₉₈ (кДж/моль)

Рассчитать тепловой эффект реакции на 100 кг пирофосфата натрия, содержащего 97% Na₄P₂O₇, если степень протекания процесса 98%.

2. Определить расход тепла на получение 1 000 кг диоксида кремния по реакции SiCl₄ + 2H₂O = SiO₂ + 4HCl, если теплота образования веществ равна, кДж/моль: SiCl₄ – 628,4; Н₂О – 286,0; SiO₂ – 437,9; HCl – 95,5.

3. На вакуум-кристаллизацию приходит 2 000 кг/ч раствора, содержащего 37,5 мас. % CuSO₄ (М = 169,6), с температурой 90°С (С _р = 2,99 кДж/(кг × град)). При охлаждении до 20°С выпадают кристаллы CuSO₄ × 5Н₂О (М = 249,7; С _р = 1,125 кДж/(кг × К)). Маточный раствор содержит 17 мас. % CuSO₄ (С _р = 3,655 кДж/(кг × К)). Теплосодержание водяного пара 2640 кДж/кг. Найти количество кристаллов.

4. В вакуум-испаритель поступает 300 т/ч Н₃РО₄ с температурой 348°С (С _р = 2,26 кДж/(кг × К)) и охлаждается до 308°С. Определить количество испаряемой воды, если теплосодержание пара равно 2610 кДж/кг.

5. На первый слой контактного аппарата поступает 40 000 м³/ч газа, содержащего, об. %: SO₂ – 8; O₂ – 13; N₂ – 79, с температурой 420°С. Определить температуру газа после слоя, если степень окисления SO₂ составляет 70%, а тепловой эффект реакции равен в среднем 94,2 кДж/моль. Средняя удельная теплоемкость газа 1,09 кДж/(кг × К). Рассчитать расход холодного (150°С) газа состава, об. %: SO₂ – 8; O₂ – 13; N₂ – 79 на получение смешанного газа с температурой 460°С. Рассчитать состав газа после смешения.

6. В конденсатор приходит 8 000 м³/ч газа, содержащего 55 об. % водяного пара. Определить количество конденсирующегося водяного пара и количество тепла, которое при этом выделяется, если общее давление в конденсаторе Р ₀ = 160 кПа, а равновесное давление водяного пара 30 кПа. Теплота конденсации 2245 кДж/кг.

7. Определить количество теплоты, выделяющееся при обжиге 5 т колчедана, содержащего 40% серы, по реакции

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂ + 3413,2 кДж,

если степень выгорания серы из колчедана 0,90.

8. Смешано 2 кг 20%-ного раствора H₂SO₄ и 3 кг 12%-ного раствора NaOH. При этом протекает реакция

H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O + 120 085 Дж.

Определить температуру раствора после смешения, если первоначальная температура кислоты и щелочи составляла 20°С, а потери тепла в окружающую среду равны 10%. Удельная теплоемкость раствора 3,75 Дж/(г × К).

9. Составить тепловой баланс (на 1 ч работы) стадии пиролиза при производстве уксусного ангидрида из ацетона и рассчитать объем топлива (природный газ, содержащий об. %: СН₄ - 98, N₂ – 2), необходимый для проведения данного процесса, при котором протекает реакция

(СН₃)₂СО → СН₂ = СО + СН₄ (Q _х.р = -83,7 кДж/кмоль).

Производительность по уксусному ангидриду 24 т/сут. Температура пиролиза 800°С. Степень превращения ацетона в кетен за один цикл 0,25. Теплота испарения ацетона 553,5 кДж/кг. Теплоемкость С _р, кДж/(кг × град): ацетона при 20°С - 2,09, реакционной смеси при 800°С - 2,26. Теплотворная способность чистого метана 890 310 кДж/кмоль.

10. На первый слой контактного аппарата поступает 40 000 м³/ч газа, содержащего, об. %: SO₂ – 8; O₂ – 13; N₂ – 79, температурой 420°С. Определить температуру газа после слоя, если степень окисления SO₂ составляет 70%, а тепловой эффект реакции равен в среднем 94,2 кДж/моль. Средняя удельная теплоемкость газа 1,09 кДж/(кг × град). Рассчитать расход холодного (150°С) газа состава, об. %: SO₂ – 8; O₂ – 13; N₂ – 79 на получение смешанного газа с температурой 460°С. Рассчитать состав газа после смешения.

11. Рассчитать тепловой баланс процесса гашения извести водой по реакции СаО + Н₂О = Са(ОН)₂ + 65,32 кДж. На гашение поступает 5 000 кг/ч извести, содержащей 85% СаО, температурой 120°С (С _{р СаО} = 0,765 кДж/(кг × К)). Температура воды 57°С. Образующееся известковое молоко концентрацией 25% Са(ОН)₂ уходит с температурой 100°С (С _р = 1,142 кДж/(кг × К)). Потери тепла в окружающую среду 10% от прихода. Избыточное тепло отводится за счет испарения воды (теплота испарения воды равна 2 500 кДж/кг).

12. На сколько градусов повысится температура 30%-ного раствора аммиачной воды (NH₄OH), если к 400 г его прилить 50 г 20%-ного раствора HCl? Начальная температура растворов 12°С; теплоемкость полученного раствора 3 кДж/(кг × К). Количество тепла, выделяющегося при смешении, - 11 800 Дж/г.

13. Составить тепловой баланс процесса получения метилового спирта, протекающего по реакции

СО + 2Н₂ Û СН₃ОН, D H = -110,5 кДж.

Определить степень превращения СО и конечный состав газовой смеси (об. %), если температура газовой смеси на выходе из контактного аппарата повысилась с 450 до 520°С. Мольное соотношение реагентов в газовой смеси СО: Н₂ = 1,0: 2,1. Потери тепла в окружающую среду 6% от общего прихода. Расчет вести на 1000 м³ исходной газовой смеси. Средние молярные теплоемкости, кДж/(кмоль × К): СО – 30,5; Н₂ – 20,4; СН₃ОН – 74,2.

14. Получение формальдегида происходит по реакции

СН₃ОН + 0,5О₂ ® СН₂О + Н₂О + 159 кДж.

Степень превращения метилового спирта 50%. Начальная температура газов 27°С. Исходная смесь содержит 35 об. % СН₃ОН, остальное – воздух. Определить количество тепла, которое необходимо отвести из контактного аппарата, чтобы температура газа на выходе составляла 325°С. Потери тепла в окружающую среду 2% от прихода. Молярные теплоемкости, кДж/(кмоль × К): СН₃ОН – 74,2; воздуха – 29,4; водяного пара – 33,2. Расчет вести на 1 т 40%-ного раствора формальдегида.

15. На абсорбцию поступает газ, содержащий 70 об. % HCl (М = 36,45). Абсорбция осуществляется в адиабатическом режиме с получением соляной кислоты, содержащей 37 мас. % HCl. Тепло абсорбции (D Н _р = -58 кДж/моль) отводится за счет испарения воды (D Н _исп = 2 244 кДж/кг). Рассчитать расход газа и воды на получение 1000 кг кислоты, если отходящий газ содержит 1 об. % HCl.

16. На вакуум-кристаллизацию приходит 2 000 кг/ч раствора, содержащего 37,5 мас. % CuSO₄ (М = 169,6), температурой 90°С; С _р = 2,99 кДж/(кг × К). При охлаждении до 20°С выпадают кристаллы CuSO₄ × 5Н₂О (М = 249,7; С _р = 1,125 кДж/(кг × К)). Маточный раствор содержит 17 мас. % CuSO₄ (С _р = 3,625 кДж/(кг × К)). Теплосодержание водяного пара 2 640 кДж/кг. Найти количество кристаллов.

17. Рассчитать материальный и тепловой балансы печи для производства сульфата калия и хлористого водорода и расходный коэффициент по топливу. 2KCl + H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2HCl.

Исходные данные: расход хлорида калия 1 600 кг/ч, состав, мас. % (на сухое): KCl – 98; NaCl – 2; влага – 3, температура - 15°С; серная кислота подается по стехиометрии, концентрация 98%, температура 15°С; реакция проходит на 98%; продукты выгружаются с температурой 480°С, а газы отводятся с температурой 500°С; теплотворная способность мазута Q = 37 МДж/кг; тепловой КПД печи 75%.

18. На выходе из контактного аппарата окисления SO₂ температура газа составляет 860 К, а степень окисления SO₂ – 0,65. Рассчитать температуру Т ₁ исходной смеси следующего состава, об. %: SO₂ – 8; О₂ – 13; N₂ – 79. Окисление SO₂ идет по реакции

SO₂ + 0,5О₂ = SO₃; D Н_Т ° = -107,7 кДж/моль.

Средние молярные теплоемкости газов при температуре Т ₁, Дж/(моль × К): SO₂ – 43,53; SO₃ – 58,0; О₂ – 30,0; N₂ – 29,49. Средние молярные теплоемкости газов при температуре 860 К, Дж/(моль × К): SO₂ – 45,16; SO₃ – 60,82; О₂ – 30,77; N₂ – 29,76.

19. Определите температуру, развиваемую контактным аппаратом окисления аммиака, по следующим данным: в аппарат поступает 30 000 м³ аммиачно-воздушной смеси, содержащей 10 об. % аммиака, нагретой до 573 К. Степень окисления аммиака - 0,96. Энтальпия реакции Δ Н ^о = -226 450 кДж. Потери тепла в окружающую среду составляют 5% от прихода. Средняя молярные теплоемкость газовой смеси до реакции 29,74 кДж/(кмоль · К), после реакции - 32,34 кДж/(кмоль · К).

20. Составьте материальный и тепловой балансы реактора синтеза этилового спирта, где протекает реакция

СН₂=СН₂ + Н₂О = С₂Н₅ОН + 46 090 кДж,

если исходный газ имеет состав, об. %: Н₂О - 40; С₂Н₄ - 60; скорость его подачи в реактор-гидратор составляет 2 000 м³/ч, температура на входе - 290°С, на выходе из реактора - 341°С, конверсия этилена - 5%. Молярная теплоемкость продуктов на входе и на выходе одинакова и равна 27,1 кДж/(кмоль · К). Потери теплоты в окружающую среду составляют 3% от прихода теплоты.