Пример решения материальный баланс. Задача 1 Исходные данные Варианты 1 2 3 4

• Название: Задача 1 Исходные данные Варианты 1 2 3 4
• Анкор: Пример решения материальный баланс.docx
• Дата: 23.02.2018
• Размер: 448.52 Kb.
• Имя файла: Пример решения материальный баланс.docx
• Тип: Задача; #15842
• страница: 1 из 3

1. Составить и описать технологическую схему производства изопропанола методом парофазной гидратации пропилена.

2. Составить материальный баланс процесса.

3. Рассчитать технологические и технико – экономические показатели.

В основу расчета принять следующую реакцию:



Задача № 1

Исходные данные	Варианты
	1	2	3	4
Производительность установки по изопропанолу, тонн/сут.	50
Потери изопропанола, %-масс. от производительности	1,0
Состав технического пропилена, %-об.: пропилен пропан	99,8 0,2
Мольное соотношение «вода-пропилен»	10:1
Степень превращения пропилена	0,22

Задача № 2

Исходные данные	Варианты
	1	2	3	4
Пропускная способность установки по пропилену, тонн/сут.	30
Потери пропилена, %-масс. от пропускной способности	0,5
Состав технического пропилена, %-об.: пропилен пропан азот	98,0 1,0 1,0
Мольное соотношение «вода-пропилен»	15:1
Степень превращения воды	0,05

Алгоритм решения:

В задании сформулированы три вопроса.

Первый - «Составить и описать технологическую схему производства …».

Вам требуется: найти принципиальную технологическую схему своего производства (на бумажном носителе или в интернете), скопировать и распечатать данную схему и ее описание. Разобраться в технологической схеме (назначение аппаратов, направление потоков).

Второй – «Составить материальный баланс процесса».

Вам требуется рассчитать все материальные потоки на входе и на выходе из системы, в соответствии с Вашим заданием.

Третий – «Рассчитать технологические и технико – экономические показатели».

Вам требуется, используя таблицу материального баланса рассчитать несколько показателей, какие будет оговорено ниже по ходу решения задач, приводимых Вам в качестве образца.
Пример решения задачи 1.
Задача № 1

Исходные данные	Варианты
	1	2	3	4
Производительность установки по изопропанолу, тонн/сут.	50
Потери изопропанола, %-масс. от производительности	1,0
Состав технического пропилена, %-об.: пропилен пропан	99,8 0,2
Мольное соотношение «вода-пропилен»	10:1
Степень превращения пропилена	0,22

Решение задачи 1.

Первые несколько шагов при решении Ваших задач предлагаю выполнять в виде жесткой последовательности (см. шаг 1, шаг 2 и шаг 3). Дальнейшее решение будет уже индивидуальным для каждой задачи (универсальной «таблетки» нет).

1. Рассчитываем стехиометрическое массовое соотношение между реагентами и продуктами реакции для всех химических превращений, протекающих в системе.

(в Ваших задачах такая реакция будет только одна, для нее и считаете).
_{Записали уравнение реакции (символьная запись реагентов и продуктов реакции с учетом стехиометрических коэффициентов, то есть именно уравнение, в котором количество атомов каждого элемента в правой и левой части одинаково).}

?	Участник реакции
	С3Н6	Н2О	С3Н7ОН
Стехиометрический коэффициент в уравнении (размерность этого коэффициента кратна количеству частиц, для наших расчетов удобно принять размерность как «моль»)	1	1	1
Молярная масса, г/моль	42,0797	18,0153	60,0950
Произведение стехиометрического коэффициента на молярную массу, г	142,0797 = 42,0797	118,0153 = 18,0153	160,0950 = 60,0950
Сумма масс реагентов (левая часть уравнения), г	42,0797 + 18,0153 = 60,0950		-
Сумма масс продуктов (правя часть уравнения), г	-		60,0950

Очевидно, что сумма масс реагентов и продуктов реакции должна быть одинаковой, так как химические превращения не сопровождаются изменением массы.

Замечание: я брал атомные массы элементов с четырьмя знаками после запятой, при решении учебной задачи обычно мы ограничиваемся целочисленными атомными массами элементов, где это возможно (например, хлор придется брать с одним десятичным знаком). Разберетесь.

Стехиометрическое массовое соотношение для нашего примера:

С3Н6	Н2О	С3Н7ОН
42,0797 г	18,0153 г	60,0950 г
42,0797 кг	18,0153 кг	60,0950 кг
42,0797 тонн	18,0153 тонн	60,0950 тонн

Или, с учетом того, что мы договорились округлять атомные (молярные) массы до целых величин:

С3Н6	Н2О	С3Н7ОН
42 г	18 г	60 г
42 кг	18 кг	60 кг
42 тонн	18 тонн	60 тонн

Как мы его (стехиометрическое массовое соотношение) используем?

Зная массу только одного вещества израсходованного или образовавшегося в результате химической реакции (любого реагента или продукта реакции), можем рассчитать затраченную (или полученную) массу каждого участника реакции.

Например, для нашей системы:

- пусть в реакцию вступило 50 кг пропилена, сколько воды прореагировало, сколько спирта образовалось?
Из 42 кг пропилена образуется 60 кг пропанола, из 50 кг пропилена – х кг

42. 
    - 60
    

50 – х

х = 71,4 кг (расчеты в кг округляем до первого знака после запятой)

42 кг пропилена реагируют с 18 кг воды, 50 кг пропилена с х кг

42 – 18

50 – х

х = 21,4 кг
Или

Пусть в результате реакции образовалось 100 кг пропанола, сколько прореагировало (затратилось) пропилена и воды?

При образовании 60 кг пропанола расходуется 42 кг пропилена, на 100 кг пропанола расходуется х кг пропилена

60 – 42

100 – х

х = 70 кг

При образовании 60 кг пропанола расходуется 18 кг воды, на 100 кг пропанола расходуется х кг воды

60 – 18

100 – х

х = 30 кг
2. Схематично (рисунок) показываем материальные потоки на входе в систему и на выходе из системы. Размерность потоков – масса в единицу времени (будем использовать в расчетах кг/час).

Выход, кг/ч

Вход, кг/ч



вода

пропан

пропилен

пропан

пропилен

технический пропилен

вода



товарный продукт

изопропанол




потери


При решении следующей задачи (№ 2) по условию будут оговорены потери не продукта, а реагента (исходного вещества). Обратите внимание на то, что эти потери тоже будут отнесены к Выходу из системы. Вообще любые потери вещества (продукта, реагента, примеси) принято относить именно к Выходу.
3. Преобразуем схему в таблицу материального баланса.

Таблица 1. Материальный баланс

Компонент системы	Вход, кг/ч	Расход/накопление в результате химической реакции, кг/ч	Выход, кг/ч
Пропилен
Пропан
Вода
Изопропанол
Сумма

Примечания:

1. 
   В реальной жизни в таблицу материального баланса не включают промежуточную колонку «Расход/накопление в результате химической реакции», я ее использую в рамках решения учебной задачи;
   
2. 
   Вид графы для изопропанола на Выходе с учетом того, что по условиям задачи оговорены потери этого компонента системы:
   

Изопропанол			весь изопропанол, полученный в результате химической реакции	товарный продукт
				потери