по направления 240100 – Химическая технология

Задачи к государственному экзамену

по дисциплине «Химия и технология органических веществ»

для студентов, обучающихся

по направления 240100 – Химическая технология

1. Пиролизу подвергли 1500 м³ метана. Степень конверсии метана равна 60%, масса ацетилена в продуктах пиролиза составляет 400 кг. Определить селективность процесса.

2. Выход этилхлорида, получаемого гидрохлорированием этилена, составляет 90% от теоретического. Определить объем этиленовой фракции, если объемная доля этилена в ней равна 90%, необходимый для получения 810 кг этилхлорида.

3. Производительность реактора дегидрирования н-бутана до н-бутенов составляет 17400 кг целевого продукта в час. Процесс проводят при 600 °С, и в этих условиях степень конверсии н-бутана равна 30%, а селективность по н-бутенам составляет 75%. Определить вместимость реактора, приняв для расчета константы скорости формулу:

4. Производительность реактора окисления метанола составляет 3500 кг формалина в час; массовая доля формальдегида в нем равна 37%. Диаметр сечения аппарата 1,4 м, высота слоя контактной массы 75 мм. Определить производительность 1 кг и 1 л контактной массы. Насыпная плотность катализатора равна 300 кг/м³.

5. Производительность реактора газофазной гидратации ацетилена равна 35000кг ацетальдегида в час. Определить тепловой эффект реакции и массовый расход водного конденсата, даваемого в межтрубное пространство реактора для снятия выделяющегося тепла за счет испарения воды. Теплота парообразования воды равна 2262 кДж/кг. Теплоты образования реагентов и продуктов реакции: для ацетилена — 226,75 кДж/моль, для воды 241,84 кДж/моль, для ацетальдегида 166,0 кДж/моль.

6. В реактор получения формальдегида окислением метанола со спирто-воздушной смесью вносится 107 кВт теплоты. Суммарный тепловой эффект реакций окисления метанола равен 110 кДж/моль, а массовый расход метанола на окисление составляет 1500 кг/ч. Тепловой поток, вносимый контактными газами, равен 1140 кВт. Определить площадь поверхности теплообмена и массовый расход воды для отвода выделяющегося из слоя катализатора тепла через змеевиковый холодильник, если средний температурный напор равен 560 К, а температура воды на входе в холодильник и на выходе из него соответственно равна 20 и 60 °С. Коэффициент теплопередачи равен 390 Вт/(м²·К). Теплопотери не учитывать.

7. Определить компонентный состав бензиновой фракции (пределы выкипания 93÷123 °С), полученной в процессе прямой гонки нефти, если количество получаемой фракции составляет 34800 кг/ч. Состав бензиновой фракции в массовых долях следующий: парафиновые углеводороды 27,2%, непредельные углеводороды 0,7%, ароматические углеводороды 0,9%, нафтеновые углеводороды 71,2%. Определить массовый расход нефти, необходимой для получения указанной фракции, если выход фракции составляет 20% общей массы нефти, затраченной на прямую гонку.

8. Определить компонентный состав бензиновой фракции (52 800 кг/ч, пределы выкипания 58÷93 °С), полученной пиролизом нефтяного сырья, если ее состав в массовых долях следующий: парафиновые углеводороды 4,9%, непредельные углеводороды 37,9%, ароматические углеводороды 56,2%, нафтеновые углеводороды 1%. Определить массовый расход нефти, необходимой для получения указанной фракции, если выход фракции составляет 60% от общей массы нефти, затраченной на пиролиз. Условно принять молекулярную массу для нефти 282, для бензиновой фракции 142.

9. Производительность установки платформинга по жидкому сырью составляет 1760 т/сут. Объемный расход смеси паров и циркуляционного водорода равен 2,57 м³/с в условиях процесса. Объемная скорость жидкого сырья, имеющего плотность 748 кг/м³, составляет 1,53 ч^-1; линейная скорость паро-газовой смеси в сечении реактора равна 0,39 м/с. Определить общий объем катализатора в реакторах и диаметр реактора.

10. Степень конверсии метана и одноканальном реакторе окислительного пиролиза 91 %. селективность по ацетилену 33 %. Объемное соотношение метана и кислорода в исходной газовой смеси 1 : 0,64; коэффициент увеличения объема газов при пиролизе 6,4. Определить время пребывания газовой смеси в реакционной камере реактора, имеющего производительность 1,2 т ацетилена в час, при скорости смеси в камере 300 м/с. если соотношение высоты камеры и ее диаметра равно 5:1.

11. Производительность трубчатого двухпоточного реактора 5 т этилена в. час. Этан поступает на пиролиз в смеси с водяным паром в мольном соотношении 7:1. Определить массово скорость парогазовой смеси в трубах, если диаметр трубы змеевика 124 мм, а выход этилена 54% в расчете на исходный этап.

12. Производительность установки одностадийного дегидрирования н-бутана в бутадиен-1,3 составляет 3000 кг/ч. Определить объем контактной массы, если объемная скорость пара н-бутана составляет 250 , объемное соотношение катализатора теплоносителя равно 1:2,2, степень конверсии н-бутана 20%, а селективность по бутадиену 54,5%.

13. Дивинилбензол получают дегидрированием диэтилбензола в трубчатом изотермическом реакторе с числом труб 193 (диаметр трубы 89×4,5 мм, длина 3,5 м). Трубы заполнены катализатором, производительность которого по дивинилбензолу равна 110 кг/(м³·ч). Определить нагрузку реактора по водяному пару, если мольное соотношение водяного пара и диэтилбензола на входе равно 13,4 : 1, степень конверсии диэтилбензола за один проход через реактор равна 42,5%, а селективность по дивинилбензолу 90%,

14. Сернокислотное алкилирование изобутана бутенами проводят в пятиступенчатом реакторе производительностью 14000 кг алкилата в час. Сырьем является жидкая бутан-бутеновая фракция, массовая доля бутенов в которой равна 28%, а плотность 605 кг/м³. В реактор подают серную кислоту из расчета 1 м³на 1 м³ жидких углеводородов. Определить общий объемный расход сырья на входе в реактор, если массовое соотношение жидкого циркулирующего изобутана (плотность 604 кг/м³) и бутенов равно 5,5:1.

15. В барботажный реактор с целью получения этилбензола поступает в час 15000 кг бензола. В процессе алкилирования образуется алкилат, массовая доля этилбензола в котором равна 32%, а доля бензола 62%. Определить селективность процесса по этилбензолу, если его степень конверсии равна 31%.

16. На установку термического гидродеметилирования толуола производительностью 11000 кг бензола в час поступает в час 20000 м³ водорода. Процесс проводят при мольном соотношении водорода и толуола, равном 4,8:1; при этом селективность процесса по бензолу достигает 82% в расчете на превращенный толуол. Определить степень конверсии толуола.

17. Изомеризацию алкилароматических углеводородов С₈Н₁₀ проводят в среде водяного пара в адиабатическом реакторе, в котором объем алюмосиликатного катализатора равен 36 м³. Производительность 1 м³ катализатора составляет 240 кг п-ксилола в час. Определить часовую массовую нагрузку реактора по паро-сырьевой смеси, если мольное соотношение водяной пар : углеводороды равно 1,5:1, а количество n-ксилола в продуктах реакции увеличилось в 2,18 раза (в сравнении с количеством n-ксилола в исходном сырье, в котором массовая доля его составляет 8,4%).

18. Определить затраты технического метана, в котором массовая доля СН₄ составляет 98,5%, и затраты электролитического хлора с массовой долей хлора 96% для получения 1920 кг метилхлорида в час, если мольное соотношение метана и хлора равно 3 : 1, а выход метилхлорида равен 80% в расчете на исходный хлор.

19. Определить количество теплоты, которая выделится при получении 1800 кг пентилхлорида в час, если тепловой эффект хлорирования пентана равен 105кДж/моль.

20. На установку хлорирования, пропилена производительностью 1050 кг аллилхлорида в час подают в час 1925 м³ технического пропилена, объемная доля С₃Н₆ в котором 96%. Определить затраты электролитического хлора (объемная доля хлора 98%) и мольное соотношение С₃Н₆: Сl₂, если выход аллилхлорида составляет 80% по хлору.

21. Определить объемную скорость подачи хлорводорода на установку окислительного хлорирования этилена, если объем псевдоожиженного слоя катализатора в реакторе составляет 75 м³, производительность установки по дихлорэтану 12500 кг/ч, выход дихлорэтана 85% по хлорводороду. Определить объем воздуха для проведения процесса.

22. Определить объемный .расход охлаждающей воды для снятия выделяющейся теплоты в хлораторе при получении дихлорэтана (3000 кг/ч) прямым хлорированием этилена, если охлаждающая вода в процессе теплообмена нагревается на 7 К, а тепловой эффект процесса равен 200 кДж/моль.

23. Определить производительность по 1,1,2,2-тетрахлорэтану на установке хлорирования ацетилена, если на хлорирование подают в час 130 м⁸ осушенного ацетилена (массовая доля ацетилена 99,8%). Степень конверсии ацетилена в тетрахлорэтан 98%. Хлор подают на процесс в 5%-ном избытке от стехиометрического количества. Определить расходные коэффициенты.

24. На установке хлорирования бензола производительностью по хлорбензолу 4100 кг/ч съем реакционной теплоты осуществляют за счет испарения части бензола. Определить количество теплоты, выделяющейся при хлорировании, и количество испаренного бензола, если теплота его испарения в условиях процесса равна 392 кДж/кг. За счет испарения снимается 80% выделяющейся теплоты (тепловой эффект равен 201 кДж/моль).

25. Метанол получают при 6÷8 МПа и 230÷270 °С в вертикальном трубчатом реакторе, в трубах которого находится катализатор производительностью 312,5кг/(м³-ч). Число труб 5878, внутренний диаметр трубы 34 мм, рабочая длина 7,5 м. Часть реакционной теплоты (65% от теплового эффекта, равного 90,7 кДж на 1 моль) снимают за счет испарения водного конденсата в межтрубном пространстве реактора; при этом образуется насыщенный водяной пар давлением 3,5 МПа. Определить количество образующегося водяного пара, если теплота испарения конденсата равна 1752 кДж/кг.

26. Производительность установки по н-бутанолу, получаемому альдольной конденсацией ацетальдегида, составляет 90 т/сут. Водород на гидрирование кротонового альдегида поступает в мольном соотношении к .кротоновому альдегиду 12 : 1. Определить массовый расход ацетальдегида и объемный расход водорода на входе, если селективность по кротоновому альдегиду равна 96,7%, а селективность по ацетальдегиду 85,8%.

27. Производительность установки по 2-этилгексанолу, получаемому из пропилена, составляет 3800 кг/ч. Селективность по н-масляному альдегиду на стадиях альдольной конденсации и гидрирования равна 54%. Определить массовый расход пропилена на входе в реакторы гидроформилирования, если степень его конверсии равна 84%, селективность по масляным альдегидам 85,8%, а массовая доля н-масляного альдегида в смеси 76%.

28. Дифенилолпропан получают конденсацией фенола с ацетоном на установке производительностью 3750 кг дифенилолпропана в час. Сырье поступает с мольным соотношением фенол : ацетон, равным 5:1. Определить объемный расход сырьевой смеси на входе, если плотность ее 1003 кг/м³, степень конверсии ацетона 50%, а селективность по дифенилолпропану 90% в расчете на ацетон.

29. Этиленоксид получают прямым каталитическим окислением этилена в трубчатом реакторе с числом труб 3055; длина трубы 6 м. В трубах с внутренним диаметром 24 мм размещен катализатор, производительность 1 м³ которого равна 90 кг этиленоксида в час. Определить объемный расход газо-воздушной смеси на входе, объемная доля этилена в которой равна 4,4%, если степень конверсии этилена 38%, селективность по этиленоксиду 65%, коэффициент заполнения труб катализатором 0,8.

30. Часовая производительность адиабатического реактора окислительного дегидрирования метанола равна 3500 кг формалина, массовая доля формальдегида в котором равна 37,5%. В реактор поступает метаноло-воздушная смесь (мольное соотношение метанола и кислорода равно 1 : 0,3) с объемной скоростью 24000 ч^-1. Определить объем контактной массы «серебро на пемзе» в реакторе, если степень конверсии метанола в формальдегид равна 76,2%. .

31. Производительность реактора газофазной гидратации ацетилена на нертутных катализаторах 3600 кг ацетальдегида в час. В реактор поступает паро-ацетиленовая смесь с мольным соотношением водяной пар : ацетилен, равном 9:1, и массовой скоростью 1800 кг на 1 м³ катализатора в час. Определить объем катализатора в реакторе, если степень конверсии ацетилена равна 50%, а селективность по ацетальдегид у 88,5%.

32.На установку одностадийного окисления этилена до ацетальдегида поступает в час 14700 м³ этилено-кислородной смеси с мольным соотношением этилен : кислород = 3 : 1. Выделяющуюся теплоту (218,3 кДж/моль) отводят за счет испарения воды из реакционной м.ассы (теплота испарения 2218 кДж/кг). Определить удельный расход воды, испаряющейся из реакционной массы (в расчете на образующийся ацетальдегид), если степень конверсии этилена равна 42,6%, а селективность процесса 94,7%.

33. Терефталевую кислоту получают жидкофазным окислением n-ксилола на установке производительностью 360 т/сут по терефталевой кислоте. В реактор поступает п-ксилол в мольном соотношении с уксусной кислотой 1:1,77. Определить объемный расход смеси (плотность 1035 кг/м³) на входе в реактор, если количество поступающего катализатора (с промотором) равно 0,9% от массового расхода п-ксилола, степень конверсии n-ксилола 95%, а селективность по терефталевой кислоте 94%.

34. Фталевый ангидрид получают окислением нафталина реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора производительностью я о фталевому ангидриду 985 кг/ч. В реактор поступает нафталино-воздушная смесь, массовая доля нафталина в которой равная 6,3%. Определить внутренний диаметр реактора, если выход фталевого ангидрида по нафталину равен 85,2%, рабочая скорость контактных газов в сечении реактора 0,4 м/с, а их плотность рабочих условиях составляет 1,38 кг/м³.

Разработал:

доцент, к.т.н. А.А.Исламутдинова

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Лебедев Н. И. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. 3-е изд. М., Химия, 1981. 608 с.

2. Юкельсон И. И. Технология основного органического синтеза. М., Химия, 1968. 848 с.

3. Паушкин Я. М., Адельсон С. В., Вишнякова Т. П. Технология нефтехимического синтеза. М., Химия, ч. I, 1973. 444 с; ч. II, 1975. 352 с.

4. Белов П. С, Основы технологии нефтехимического синтеза. 2-е изд. М., Химия, 1982. 280 с.

5. Брацыхин Е, А., Шульгина Э. С. Технология пластических масс. 3-е изд. Л., Химия, 1982. 328 с.

6. Рейхсфельд В. О., Еркова Л. Н. Оборудование производств основного органического синтеза и синтетических каучуков. Л., Химия, 1974. 440 с.

7. Павлов К. Ф. Ромашов П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. 3-е изд. Л., Химия, 1981. 560 с.

8. Сарданашвили А. Г., Львова А. И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. 2-е изд., М._,Химия, 1980. 255 с.

9. Справочник химика. / Под ред. Б. П. Никольского т. 1—3. Л., Химия, 1971.

10. Краткий справочник физико-химических величин. / Под ред. К. П. Мищенко и А. А. Равделя. Л., Химия, 1983. 232 с.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: