13
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 CH 3 Cl, CH 2 Cl 2 , HCl i H 2 O. W skraplaczu (SP) następuje całkowite wydzielenie CH 3 Cl i CH 2 Cl 2 (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 = W K [CH 3 Cl]/W F [CH 4 ] 0≤x≤1 Stosunek strumieni metanu; zawracanego w obiegu (strumień E) i doprowadzanego do układu (strumień B) definiowany jest następująco: u = W E [CH 4 ]/W B [CH 4 ] 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 = W G [CH 3 Cl]/W B [CH 4 ] Przyjmując za podstawę bilansu 1 kmol/s strumienia metanu (WB = 1 kmol/s) oblicz zależność α od x i u (α = f(x,u)).

TECHNOLOGIA CHEMICZNA - chemiagila.files.wordpress.com · Zbiór zadań zebrał do całości i sformatował: Kuba Skrzeczkowski. Wszystkie zadania pochodzą z Konkursu Chemicznego

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: TECHNOLOGIA CHEMICZNA - chemiagila.files.wordpress.com · Zbiór zadań zebrał do całości i sformatował: Kuba Skrzeczkowski. Wszystkie zadania pochodzą z Konkursu Chemicznego

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)).

Page 2: TECHNOLOGIA CHEMICZNA - chemiagila.files.wordpress.com · Zbiór zadań zebrał do całości i sformatował: Kuba Skrzeczkowski. Wszystkie zadania pochodzą z Konkursu Chemicznego

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/ 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)

Page 3: TECHNOLOGIA CHEMICZNA - chemiagila.files.wordpress.com · Zbiór zadań zebrał do całości i sformatował: Kuba Skrzeczkowski. Wszystkie zadania pochodzą z Konkursu Chemicznego

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/ 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%

Page 4: TECHNOLOGIA CHEMICZNA - chemiagila.files.wordpress.com · Zbiór zadań zebrał do całości i sformatował: Kuba Skrzeczkowski. Wszystkie zadania pochodzą z Konkursu Chemicznego

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/ (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)).

Page 5: TECHNOLOGIA CHEMICZNA - chemiagila.files.wordpress.com · Zbiór zadań zebrał do całości i sformatował: Kuba Skrzeczkowski. Wszystkie zadania pochodzą z Konkursu Chemicznego

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/ 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 % SO2,

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:

Page 6: TECHNOLOGIA CHEMICZNA - chemiagila.files.wordpress.com · Zbiór zadań zebrał do całości i sformatował: Kuba Skrzeczkowski. Wszystkie zadania pochodzą z Konkursu Chemicznego

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/

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].

Page 7: TECHNOLOGIA CHEMICZNA - chemiagila.files.wordpress.com · Zbiór zadań zebrał do całości i sformatował: Kuba Skrzeczkowski. Wszystkie zadania pochodzą z Konkursu Chemicznego

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/ 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 (WB/WA = z takie, że

z > 2,25). Przyjmując za podstawę bilansu WA = 1 kmol/h aldehydu oblicz ułamek

Page 8: TECHNOLOGIA CHEMICZNA - chemiagila.files.wordpress.com · Zbiór zadań zebrał do całości i sformatował: Kuba Skrzeczkowski. Wszystkie zadania pochodzą z Konkursu Chemicznego

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/ molowy aldehydu w gazach po reakcji (strumień K) w zależności od z (aCH3CHO =

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).

Page 9: TECHNOLOGIA CHEMICZNA - chemiagila.files.wordpress.com · Zbiór zadań zebrał do całości i sformatował: Kuba Skrzeczkowski. Wszystkie zadania pochodzą z Konkursu Chemicznego

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/ 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.

Zadanie 17 (Zadanie 20. z XX Konkursu Chemicznego)

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)).

Page 10: TECHNOLOGIA CHEMICZNA - chemiagila.files.wordpress.com · Zbiór zadań zebrał do całości i sformatował: Kuba Skrzeczkowski. Wszystkie zadania pochodzą z Konkursu Chemicznego

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/

Zadanie 18 (Zadanie 19. z XX Konkursu Chemicznego)

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.

Page 11: TECHNOLOGIA CHEMICZNA - chemiagila.files.wordpress.com · Zbiór zadań zebrał do całości i sformatował: Kuba Skrzeczkowski. Wszystkie zadania pochodzą z Konkursu Chemicznego

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/ 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)).

Page 12: TECHNOLOGIA CHEMICZNA - chemiagila.files.wordpress.com · Zbiór zadań zebrał do całości i sformatował: Kuba Skrzeczkowski. Wszystkie zadania pochodzą z Konkursu Chemicznego

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/ 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).

Page 13: TECHNOLOGIA CHEMICZNA - chemiagila.files.wordpress.com · Zbiór zadań zebrał do całości i sformatował: Kuba Skrzeczkowski. Wszystkie zadania pochodzą z Konkursu Chemicznego

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/ 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.