Решение задачи №10: Расчет расходных коэффициентов Cl2 и этиленсодержащего газа

Задача №10 Дано: \(m(ДХЭ) = 1 \text{ т} = 1000 \text{ кг}\) \(\eta = 97\% = 0,97\) \(n(C_2H_4) : n(Cl_2) = 4 : 1\) \(\phi(C_2H_4) = 15\% = 0,15\) Найти: Расходные коэффициенты по \(Cl_2\) и этиленсодержащему газу. Решение: 1. Запишем уравнение реакции получения дихлорэтана (ДХЭ): \[C_2H_4 + Cl_2 \rightarrow C_2H_4Cl_2\] 2. Рассчитаем молярные массы веществ: \[M(C_2H_4Cl_2) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 + 2 \cdot 35,5 = 99 \text{ г/моль}\] \[M(Cl_2) = 2 \cdot 35,5 = 71 \text{ г/моль}\] \[M(C_2H_4) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 = 28 \text{ г/моль}\] 3. Определим теоретически необходимое количество вещества ДХЭ с учетом выхода: \[n_{практ}(ДХЭ) = \frac{m}{M} = \frac{1000000 \text{ г}}{99 \text{ г/моль}} \approx 10101 \text{ моль}\] \[n_{теор}(ДХЭ) = \frac{n_{практ}}{\eta} = \frac{10101}{0,97} \approx 10413,4 \text{ моль}\] 4. По уравнению реакции \(n(Cl_2)_{стех} = n(C_2H_4)_{стех} = n_{теор}(ДХЭ)\). Рассчитаем массу хлора: \[m(Cl_2) = n_{теор} \cdot M(Cl_2) = 10413,4 \cdot 71 \approx 739351 \text{ г} \approx 739,35 \text{ кг}\] Расходный коэффициент по хлору: \(739,35 \text{ кг/т}\). 5. Рассчитаем объем этилена, необходимого для реакции (с учетом 4-кратного избытка): По условию этилен берется в 4-кратном избытке к хлору, значит: \[n(C_2H_4)_{общ} = 4 \cdot n(Cl_2)_{стех} = 4 \cdot 10413,4 = 41653,6 \text{ моль}\] Объем чистого этилена (при н.у.): \[V(C_2H_4) = n \cdot V_m = 41653,6 \cdot 22,4 \approx 933041 \text{ л} \approx 933 \text{ м}^3\] 6. Рассчитаем объем этиленсодержащего газа, учитывая, что этилена в нем 15%: \[V_{газа} = \frac{V(C_2H_4)}{\phi} = \frac{933}{0,15} = 6220 \text{ м}^3\] Расходный коэффициент по газу: \(6220 \text{ м}^3\text{/т}\). Ответ: расходный коэффициент по \(Cl_2\) составляет \(739,35 \text{ кг/т}\), по этиленсодержащему газу — \(6220 \text{ м}^3\text{/т}\).