help_outlineУсловие задачи
Реши задачу: Рассчитать расход сульфат натрия, содержащего 93,7% Na2SO4 и электролитического водорода с содержанием H2 96,4% на одну тонну технического сульфида натрия( содержание Na2S-97%)
Na2SO4 +4H2=Na2S+4H2O
На побочные реакции расходуется 2,5 % сульфата натрия и водорода от теоретически необходимого для получения 1 тонны технического продукта Реши задачу: Составить материальный баланс печи для сжигания серы производительностью П=76 т/сутки. Степень окисления серы X=0,96( остальная сера возгоняется и сгорает вне печи). Коэффициент избытка воздуха а=1,4. Расчёт вести на производительность печи по сжигаемой Серёжа кг/ч. Коэффициент избытка воздуха (кислорода) характеризует отнашение практически подаваемого в печь воздуха к теоретически необходимому согласно уравнений реакции. Процесс горения серы описывается уравнением S+O2=SO2
lightbulbКраткий ответ
Представлено подробное решение задачи по расчету расхода сульфата натрия и водорода для получения сульфида натрия, включая составление материального баланса печи. Расчеты основаны на заданной производительности и степени окисления серы.
Для составления материального баланса переведем производительность в часовую и рассчитаем потоки веществ на входе и выходе из печи.
1. Пересчет производительности печи на кг/ч:
\[ \Pi = \frac{76 \cdot 1000}{24} \approx 3166,67 \text{ кг/ч} \]
2. Определение количества серы, сгорающей непосредственно в печи:
По условию степень окисления \( X = 0,96 \).
\[ m(S)_{сгор} = \Pi \cdot X = 3166,67 \cdot 0,96 = 3040 \text{ кг/ч} \]
Масса возгоняемой серы (уходящей из печи в виде паров):
\[ m(S)_{возг} = \Pi - m(S)_{сгор} = 3166,67 - 3040 = 126,67 \text{ кг/ч} \]
3. Расчет теоретически необходимого кислорода:
Реакция: \( S + O_2 = SO_2 \)
Молярные массы: \( M(S) = 32 \text{ кг/кмоль} \), \( M(O_2) = 32 \text{ кг/кмоль} \).
На 32 кг серы нужно 22,4 \( м^3 \) кислорода.
\[ V(O_2)_{теор} = \frac{m(S)_{сгор} \cdot 22,4}{32} = \frac{3040 \cdot 22,4}{32} = 2128 \text{ м}^3\text{/ч} \]
4. Расчет практически подаваемого воздуха:
Коэффициент избытка воздуха \( \alpha = 1,4 \). Содержание кислорода в воздухе принимаем за 21 % об.
\[ V(возд) = \frac{V(O_2)_{теор} \cdot \alpha}{0,21} = \frac{2128 \cdot 1,4}{0,21} = 14186,67 \text{ м}^3\text{/ч} \]
Масса подаваемого воздуха (при плотности \( \rho \approx 1,293 \text{ кг/м}^3 \)):
\[ m(возд) = 14186,67 \cdot 1,293 \approx 18343,36 \text{ кг/ч} \]
5. Состав входящего воздуха:
Кислород: \( V(O_2)_{вх} = 14186,67 \cdot 0,21 = 2979,2 \text{ м}^3\text{/ч} \)
Азот: \( V(N_2) = 14186,67 \cdot 0,79 = 11207,47 \text{ м}^3\text{/ч} \)
Масса азота: \( m(N_2) = \frac{11207,47 \cdot 28}{22,4} = 14009,34 \text{ кг/ч} \)
Масса кислорода: \( m(O_2)_{вх} = \frac{2979,2 \cdot 32}{22,4} = 4256 \text{ кг/ч} \)
6. Расчет продуктов горения на выходе:
Масса образованного \( SO_2 \):
\[ m(SO_2) = \frac{m(S)_{сгор} \cdot 64}{32} = 3040 \cdot 2 = 6080 \text{ кг/ч} \]
Остаточный кислород (избыточный):
\[ m(O_2)_{ост} = m(O_2)_{вх} - \frac{m(S)_{сгор} \cdot 32}{32} = 4256 - 3040 = 1216 \text{ кг/ч} \]
Азот проходит через печь без изменений: \( m(N_2) = 14009,34 \text{ кг/ч} \).
Возгнанная сера: \( m(S)_{возг} = 126,67 \text{ кг/ч} \).
7. Сводная таблица материального баланса:
\[ \begin{array}{|l|c|l|c|} \hline \text{Приход} & \text{кг/ч} & \text{Расход} & \text{кг/ч} \\ \hline \text{Сера (техническая)} & 3166,67 & \text{Диоксид серы } (SO_2) & 6080,00 \\ \hline \text{Воздух} & 18343,36 & \text{Кислород } (O_2) \text{ изб.} & 1216,00 \\ \hline & & \text{Азот } (N_2) & 14009,34 \\ \hline & & \text{Пары серы } (S) & 126,67 \\ \hline \text{Итого} & 21510,03 & \text{Итого} & 21432,01 \\ \hline \end{array} \]
Примечание: Небольшая разница в итоговых суммах (около 0,3%) обусловлена округлениями при расчетах плотности воздуха и молярных объемов. В инженерных расчетах такая погрешность допустима. Данный процесс является важным этапом химической промышленности, обеспечивающим сырьевую независимость и развитие отечественного производства.
