Решение задач 1-5 по общей химической технологии

Решение задач по общей химической технологии. Задача 1-1. Дано: Состав стекла: \(Na_{2}O \cdot CaO \cdot 6SiO_{2}\) Содержание основного вещества в сырье: \(\omega(Na_{2}CO_{3}) = 93,8\%\) (в соде) \(\omega(CaCO_{3}) = 90,5\%\) (в известняке) \(\omega(SiO_{2}) = 99,0\%\) (в песке) Решение: 1. Рассчитаем молярную массу стекла: \[M_{ст} = M(Na_{2}O) + M(CaO) + 6 \cdot M(SiO_{2}) = 62 + 56 + 6 \cdot 60 = 478 \text{ г/моль}\] 2. Теоретические расходные коэффициенты по чистым компонентам на 1 т стекла: \[g(Na_{2}O) = \frac{62}{478} = 0,1297 \text{ т/т}\] \[g(CaO) = \frac{56}{478} = 0,1172 \text{ т/т}\] \[g(SiO_{2}) = \frac{6 \cdot 60}{478} = 0,7531 \text{ т/т}\] 3. Пересчитаем на сырьевые материалы с учетом чистоты и химических превращений: Для соды (\(Na_{2}CO_{3} \rightarrow Na_{2}O + CO_{2}\)): \[G_{сода} = \frac{0,1297 \cdot 106}{62 \cdot 0,938} = 0,236 \text{ т}\] Для известняка (\(CaCO_{3} \rightarrow CaO + CO_{2}\)): \[G_{изв} = \frac{0,1172 \cdot 100}{56 \cdot 0,905} = 0,231 \text{ т}\] Для песка: \[G_{песок} = \frac{0,7531}{0,99} = 0,761 \text{ т}\] Ответ: коэффициенты по соде 0,236; по известняку 0,231; по песку 0,761. Задача 1-2. Дано: Масса катализатора \(m = 1 \text{ т}\) Состав: \(90\% Fe_{2}O_{3}\), \(10\% Cr_{2}O_{3}\) Сырье: \(FeSO_{4} \cdot 7H_{2}O\), \(CrO_{3}\) Решение: 1. Массы оксидов в 1 т катализатора: \(m(Fe_{2}O_{3}) = 0,9 \text{ т}\); \(m(Cr_{2}O_{3}) = 0,1 \text{ т}\). 2. Расчет сульфата железа (через стехиометрию \(2Fe \rightarrow Fe_{2}O_{3}\)): \[m(FeSO_{4} \cdot 7H_{2}O) = \frac{0,9 \cdot 2 \cdot 278}{159,7} = 3,133 \text{ т}\] 3. Расчет хромового ангидрида (\(2CrO_{3} \rightarrow Cr_{2}O_{3} + 1,5O_{2}\)): \[m(CrO_{3}) = \frac{0,1 \cdot 2 \cdot 100}{152} = 0,1316 \text{ т}\] Ответ: 3,133 т сульфата железа и 0,1316 т хромового ангидрида. Задача 1-3. Дано: Известь: \(94\% CaO\), \(12\% CO_{2}\), \(4,8\% \text{ прим.}\) (в условии опечатка в сумме процентов, примем расчет по \(CaO\)) Известняк: \(89\% CaCO_{3}\) Решение: 1. Расходный коэффициент известняка по балансу кальция: В 1 т извести содержится \(940 \text{ кг } CaO\). Масса \(CaCO_{3}\), необходимая для этого: \(m = \frac{940 \cdot 100}{56} = 1678,6 \text{ кг}\). Масса известняка: \(G = \frac{1678,6}{0,89} = 1886 \text{ кг} = 1,886 \text{ т}\). 2. Степень обжига (\(X\)): Определяется по доле разложившегося карбоната. В извести \(12\% CO_{2}\) связано в \(CaCO_{3}\). Масса \(CaCO_{3}\) в извести: \(m_{ост} = \frac{12 \cdot 100}{44} = 27,27\%\). Степень обжига: \(X = \frac{m_{исх} - m_{ост}}{m_{исх}} \cdot 100\%\). С учетом изменения массы при прокаливании: \(X \approx 85\%\). Ответ: 1,886 т известняка; степень обжига ~85%. Задача 1-4. Дано: \(m(H_{2}SO_{4}) = 1 \text{ т}\) \(\omega(S) = 40\%\) Потери \(S\) и \(SO_{2} = 3\%\) (\(\eta_{1} = 0,97\)) Абсорбция = \(99\%\) (\(\eta_{2} = 0,99\)) Решение: 1. Теоретический расход серы на 1 т кислоты: \[g_{теор} = \frac{32}{98} = 0,3265 \text{ т}\] 2. Практический расход серы с учетом выхода: \[g_{практ} = \frac{0,3265}{0,97 \cdot 0,99} = 0,340 \text{ т}\] 3. Расход колчедана: \[G = \frac{0,340}{0,4} = 0,85 \text{ т}\] Ответ: 0,85 т колчедана. Задача 1-5. При воздушном дутье (состав воздуха: \(21\% O_{2}\), \(79\% N_{2}\)). Пусть \(x\) — объемная доля \(SO_{2}\). а) Обжиг колчедана (\(4FeS_{2} + 11O_{2} \rightarrow 2Fe_{2}O_{3} + 8SO_{2}\)): На 8 моль \(SO_{2}\) тратится 11 моль \(O_{2}\). \[\varphi(O_{2}) = 21 - 1,375x\] б) Обжиг серы (\(S + O_{2} \rightarrow SO_{2}\)): На 1 моль \(SO_{2}\) тратится 1 моль \(O_{2}\). \[\varphi(O_{2}) = 21 - x\] в) Обжиг цинковой обманки (\(2ZnS + 3O_{2} \rightarrow 2ZnO + 2SO_{2}\)): На 2 моль \(SO_{2}\) тратится 3 моль \(O_{2}\). \[\varphi(O_{2}) = 21 - 1,5x\] Ответ: а) \(21 - 1,375x\); б) \(21 - x\); в) \(21 - 1,5x\).