Равновесие химических реакций, расчет равновесных составов.

МИНобрНАУКИ РОССИИ

Нижнекамский химико-технологический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

"Казанский национальный исследовательский технологический университет"

Факультет технологический

Кафедра химической

технологии органических веществ

Направление: 18.03.01

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

по дисциплине

«Теория химико-технологических процессов»

Стехиометрические соотношения, технологические показатели процесса

Равновесие химических реакций, расчет равновесных составов

Нижнекамск 2020

ВВЕДЕНИЕ

Вариант контрольного задания выбирается в соответствии с последней цифрой зачетной книжки студента. Перед тем как приступить к выполнению контрольного задания, студент должен, пользуясь методическими указаниями, проработать рекомендуемую литературу. Контрольная работа выполняется отдельно и представляется на кафедру для рецензирования в намеченные по графику сроки.

Контрольная работа оформляется в тетради. Ответы на вопросы, уравнения реакций записываются полностью. Произвольные сокращения не допускаются, таблицы и рисунки оформляются в соответствии с требованиями, предъявляемыми к оформлению. По всем вариантам должны быть приведены уравнения химических реакций и подробное решение задач. В конце контрольной работы приводится список использованной литературы.

Номера вопросов контрольных заданий приведены в таблице:

Последние две цифры зачетной книжки студента	№ заданий	Последние две цифры зачетной книжки студента	№ заданий
1	1,4,11	16	1,3,16
2	2,5,12	17	6,7,15
3	3,6,13	18	2,6,18
4	2,10,14	19	8,10,11
5	4,6,15	20	1,9,17
6	3,7,16	21	3,10,13
7	4,8,17	22	2,7,16
8	3,9,18	23	3,8,12
9	1,8,12	24	2,4,14
10	1,7,13	25	4,6,16
11	2,9,11	26	2,3,18
12	1,5,14	27	5,7,13
13	2,8,18	28	5,10,14
14	3,5,17	29	6,9,11
15	3,4,11	30	9,10,12

Контрольные задания по курсу Теория ХТП состоят из двух типов заданий. Задания I типа - стехиометрия и критерии эффективности ХТП; II – типа – термодинамические параметры ХТП, равновесие химических реакций, расчет констант равновесия и равновесных составов.

Задания I типа.

Стехиометрические соотношения, технологические показатели процесса.

Задача 1.

На реакцию каталитического окисления подано 100 кг технического этилена, его степень превращения 13%, при этом образовалось 3 кг ацетальдегида. Технический этилен содержит 97% этилена, 3% этана. Определить: объем поданного воздуха, если принять, что в воздухе содержится 21% кислорода, остальное азот; селективность процесса и выход целевого продукта, расходные коэффициенты по сырью.

Целевая реакция – окисление этилена в этиленоксид:

С₂Н₄ + 0,5 О₂ à С₂Н₄О

Побочная реакция – окисление этилена в ацетальдегид:

С₂Н₄ + 0,5 О₂ à С₂Н₄О

Задача 2.

При хлорировании бензола, образуется 30 кг хлорбензола. Селективность процесса 97%. Мольное соотношение исходной смеси бензол: хлор равно 3:1. Технический бензол содержит 98% масс. основного вещества; технический хлор содержит 3% масс. примесей.

Определить: количество образующегося дихлорбензола; степень превращения бензола; расходные коэффициенты по сырью. Предложит мероприятия по снижению расходных коэффициентов.

Целевая реакция – получение хлорбензола:

С₆Н₆ + Сl₂ à С₆Н₅Сl + HCl

Побочная реакция – получение дихлорбензола:

С₆Н₆ + 2Сl₂ à С₆Н₄Сl₂ + 2HCl

Задача 3.

При алкилировании бензола этиленом образуется 1000 кг этилбензола и 15 кг диэтилбензола. Для увеличения селективности бензол подается в трехкратном избытке от стехиометрически необходимого. Степень чистоты бензола 98,5% масс. в этилене содержится 2% об. этана. Определить: степень превращения бензола и селективность по бензолу; расходные коэффициенты по сырью.

Целевая реакция – получение этилбензола:

С₆Н₆ + С₂Н₄ à С₆Н₅С₂H₅

Побочная реакция – получение диэтилбензола:

С₆Н₆ + 2С₂Н₄ à С₆Н₄(С₂H₅)₂

Задача 4.

На реакцию хлорирования этилена подается 56 кг этилена и 71 кг хлора. Технический хлор содержит 2% масс. азота (примесь), технический этилен содержит 5% об. этана. Определить количество образующегося дихлорэтана, степень превращения этилена, расходные коэффициенты по сырью.

С₂Н₄ + Сl₂ à С₂Н₄Сl₂

Задача 5.

При алкилировании метанола изобутиленом образуется 740 кг метилтретбутилового эфира (МТБЭ). Расходный коэффициент изобутилена 0,9 кг на 1 кг МТБЭ, степень превращения изобутилена равна 1. Определить: количество превращенного метанола; образовавшихся димеров; селективность процесса, расходные коэффициенты по сырью.

Целевая реакция – получение МТБЭ:

i-С₄Н₈ + СН₃ОН à С₅Н₁₂О

Побочная реакция - получение диизобутилена:

2 i-С₄Н₈ à С₈Н₁₆

Задача 6.

При каталитическом окислении метанола кислородом воздуха на серебряном катализаторе образуется 300 кг формальдегида. Селективность процесса 80%, степень превращения метанола 90%. Технический метанол содержит 10% диметилового эфира. Определить: количество подаваемого воздуха; количество исходных веществ и продуктов реакции; расходные коэффициенты по сырью; предложить мероприятия по снижению расходных коэффициентов (обосновать).

Целевая реакция – получение формальдегида:

СН₃ОН + 0,5 О₂ à CН₂О + Н₂О;

Побочная реакция – реакция полного окисления:

СН₃ОН + 1,5 О₂ à CО₂ + 2Н₂О;

Задача 7.

При гидратации изобутилена образуется 120 кг триметилкарбинола. Селективность процесса 98%, конверсия изобутилена 99%. Мольное соотношение изобутилен: вода равно 1:2. Определить: количество превращенной воды; расходные коэффициенты по сырью.

Целевая реакция – получение ТМК:

i-С₄Н₈ + Н₂О à С₄Н₁₀О

Побочная реакция - получение диизобутилена:

2 i-С₄Н₈ à С₈Н₁₆

Задача 8.

При гидратации окиси этилена образуется 250 кг этиленгликоля. Селективность превращения окиси этилена в моноэтиленгликоль 98%, степень превращения окиси этилена 1. Мольное соотношение окись этилена: вода равно 1:18. Составить мольный и массовый материальный баланс; определить расходные коэффициенты по сырью.

Целевая реакция – получение МЭГ:

С₂Н₄О + Н₂О à С₂Н₆О₂

Побочная реакция – получение ДЭГ:

С₂Н₆О₂ + С₂Н₄О à С₄Н₁₀О₃

Задача 9.

При дегидратации метилфенилкарбинола образуется 1500 кг стирола. Селективность процесса 0,83, конверсия метилфенилкарбинола 71%. С целью увеличения выхода целевого продукта на стадию химического превращения исходное сырье подается в смеси с водяным паром. Массовое соотношение МФК: водяной пар 1:4. Составить мольный и массовый материальный баланс. Определить: количество превращенной воды; расходные коэффициенты по сырью.

Целевая реакция – получение стирола:

С₈Н₁₀О à С₈Н₈+ Н₂О

Побочная реакция – получение ацетофенона:

С₈Н₁₀О à С₈Н₈О + Н₂

Задача 10.

На реакцию каталитического окисления подано 15 000 кг/ч технического этилена, его степень превращения 13%, при этом образовалось 2400 кг/ч окиси этилена. Технический этилен содержит, % масс: этилена- 98, этана- 2. Определить: объем поданного воздуха, если принять, что в воздухе содержится 20% кислорода, остальное азот; селективность процесса и выход целевого продукта, расходные коэффициенты по сырью. Составить мольный и массовый материальный баланс.

Целевая реакция – окисление этилена в этиленоксид:

С₂Н₄ + 0,5 О₂ à С₂Н₄О

Побочная реакция – полное окисление этилена:

С₂Н₄ + 3О₂ à 2СО₂ + 2Н₂О

Задания II типа.

Равновесие химических реакций, расчет равновесных составов.

Задача 11.

1. Определить энтальпию химической реакции при стандартных условиях; при температурах: 300, 400, 500 К (принять, что энтальпия процесса и теплоемкость зависят от температуры).

2. Определить константу равновесия для данной реакции при указанных выше температурах, определить оптимальную температуру.

3. Определить равновесный состав реакции, если принять, что - реакция протекает в идеальных условиях и подчиняется закону Рауля:

- при оптимальной температуре и давлении 1 атм.;

- при оптимальной температуре и давлении 5 атм.;

- при разбавлении инертным газом в количестве 10 кмоль.

Реакция – гидрирование этилена:

С₂Н₄ + Н₂ à С₂Н₆

Предложить оптимальные условия процесса: оптимальную температуру, давление, разбавление инертным газом?

Задача 12.

- при оптимальной температуре и давлении 1 атм.;

- при оптимальной температуре и давлении 5 атм.;

- при разбавлении инертным газом в количестве 10 кмоль.

Реакция – дегидратации этанола:

С₂Н₄ОН à С₂Н₄ + Н₂О

Предложить оптимальные условия процесса: оптимальную температуру, давление, разбавление инертным газом?

Задача 13.

- при оптимальной температуре и давлении 1 атм.;

- при оптимальной температуре и давлении 5 атм.;

- при разбавлении инертным газом в количестве 10 кмоль.

Реакция – алкилирования бензола этиленом:

С₂Н₄ + С₆Н₆ à С₂Н₅С₆Н₅

Предложить оптимальные условия процесса: оптимальную температуру, давление, разбавление инертным газом?

Задача 14.

1. Определить энтальпию химической реакции при стандартных условиях; при температурах: 400, 500, 700 К (принять, что энтальпия процесса и теплоемкость зависят от температуры).

- при оптимальной температуре и давлении 1 атм.;

- при оптимальной температуре и давлении 5 атм.;

- при разбавлении инертным газом в количестве 10 кмоль.

Реакция – дегидрирования пропана:

С₃Н₈ à С₃Н₆ + Н₂

Предложить оптимальные условия процесса: оптимальную температуру, давление, разбавление инертным газом?

Задача 15.

1. Определить энтальпию химической реакции при стандартных условиях; при температурах: 550, 750, 1100 К (принять, что энтальпия процесса и теплоемкость зависят от температуры).

- при оптимальной температуре и давлении 1 атм.;

- при оптимальной температуре и давлении 5 атм.;

- при разбавлении инертным газом в количестве 10 кмоль.

Реакция – паровая конверсия метана:

СН₄ + Н₂О à 3Н₂ + СО

Предложить оптимальные условия процесса: оптимальную температуру, давление, разбавление инертным газом?

Задача 16.

- при оптимальной температуре и давлении 1 атм.;

- при оптимальной температуре и давлении 5 атм.;

- при разбавлении инертным газом в количестве 10 кмоль.

Реакция – алкилирования изобутилена метанолом:

СН₃ОН + i-С₄Н₈ à С₄Н₇ОСН₃

Предложить оптимальные условия процесса: оптимальную температуру, давление, разбавление инертным газом?

Задача 17.

- при оптимальной температуре и давлении 1 атм.;

- при оптимальной температуре и давлении 5 атм.;

- при разбавлении инертным газом в количестве 10 кмоль.

Реакция – алкилирования бензола пропиленом:

С₃Н₆ + С₆Н₆ à С₃Н₇С₆Н₅

Предложить оптимальные условия процесса: оптимальную температуру, давление, разбавление инертным газом?

Задача 18.

1. Определить энтальпию химической реакции при стандартных условиях; при температурах: 300, 600, 800 К (принять, что энтальпия процесса и теплоемкость зависят от температуры).

- при оптимальной температуре и давлении 1 атм.;

- при оптимальной температуре и давлении 5 атм.;

- при разбавлении инертным газом в количестве 10 кмоль.

Реакция – дегидрирования изобутана:

i-С₄Н₈ à i-С₄Н₆ + Н₂

Предложить оптимальные условия процесса: оптимальную температуру, давление, разбавление инертным газом?

Дата добавления: 2021-06-02; просмотров: 201; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!