МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Нижнекамский химико-технологический институт (филиал)
Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
Высшего образования
«Казанский национальный исследовательский технологический университет»
Кафедра химической технологии органических веществ
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ОСНОВЫПРОЕКТИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ»
ДЛЯ СТУДЕНТОВ,
ОБУЧАЮЩИХСЯ ЗАОЧНО
ПО ПРОФИЛЮ
«ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ»
Нижнекамск 2020
Требования к выполнению и оформлению
Контрольных заданий
Вариант контрольного задания выбирается в соответствии с порядковым номером студента в общем списке.
Оформляется в тетрадях.
На каждой страничке (тетради) пишем ФИО, № группы.
Фото контрольной работы отправляем в https://moodle.nchti.ru/ – курс ОПХП (туда, куда вас прикрепит преподаватель, у себя в «мои курсы» вы увидите) – выбрать тему «Контрольная работа (домашняя)», прикрепляем
!!! Всем вариантам ответить на вопросы:
Что такое материальный баланс?
Что такое степень чистоты сырья (определение, формулы записать)?
Степень конверсии (определение, формулы записать)?
Что такое селективность (определение, формулы записать)?
1 вариант
Задание 1. Составить материальный баланс реактора каталитического окисления метанола кислородом воздуха. Процесс осуществляется на серебряном катализаторе. Производительность реактора П т.т/год по формальдегиду. Избирательность процесса превращения метанола в формальдегид - 0,76. Степень превращения метанола - 0,95. Содержание метанола в спирто-воздушной смеси - 45% об. Мольное соотношение продуктов в продукционном газе НСООН:СО2:СО:СН4 равно 0,4:0,6:1,5:1,3. Установка работает в течение 350 дней в году.
Целевые реакции процесса:
CH3OH → HCHO + H2
CH3OH + 0,5 O2 → HCHO + H2O
Побочные реакции процесса:
CH3OH → СO + 2H2
CH3OH + Н2 → СН4 + H2O
CH3OH + O2 → НСOОН + H2O
CH3OH + 1,5 O2 → СO2 + 2H2O
2 вариант
Задание 1. Составить материальный баланс реактора алкилирования бензола этиленом производительностью П т.т в год по этилбензолу-ректификату. Эффективное время работы установки 350 дней в году. Содержание этилбензола в этилбензоле-ректификате 99,9 % масс. Исходное мольное соотношение бензол: этилен равно 5: 1. Расход катализатора А1С13 на 1 т. товарного этилбензола равен 4 кг. Расход активатора хлористого этила на 1 т. товарного этилбензола 3 кг. Потери этилбензола - 3 % масс. Потери этилена: с отдувками 1,0 % масс. от количества связанного этилена. Количество образующихся побочных продуктов −500 кг/ч.
Целевая реакция процесса:
С6Н6 + С2Н4 → С6Н5С2Н5
С2Н5СI + С6Н6 → С6Н5С2Н5 + НСI
Побочные реакции процесса:
С6Н6 + 2С2Н4 → С6Н4(С2Н5)2
3 вариант
Задание 1. Составить материальный баланс хлоратора в производстве хлорбензола, определить селективность процесса и степень превращения бензола, если производительность установки равна П т/сут. по хлорбензолу. Состав жидких продуктов (% масс.) следующий: бензол -65,0; хлорбензол - 32,0; дихлорбензол - 2,5; трихлорбензол - 0,5. Технический хлор содержит 98 % основного вещества. Технический бензол содержит 2,5 % примесей.
Целевая реакция процесса хлорирования:
Побочные реакции:
4 вариант
Задание 1. Составить материальный баланс реактора для производства фенола кумольным способом, если производительность установки равна П т/сут. по фенолу. Выход изопропилбензола из бензола составляет 95% от теоретического, а фенола из изопропилбензола - 93%. Технический пропилен имеет следующий состав 30 % (масс.) пропилена, 70 % (масс.)пропана. Технический бензол содержит 5 % (масс.) толуола.
Реакция получения изопропилбензола:
С6Н6 + С3Н6 → С6Н5С3Н7
Реакция окисления изопропилбензола в гидроперекись:
С6Н5С3Н7 + О2 → С6Н5С3Н6ООН
Реакция разложения гидроперекиси с образованием фенола и ацетона:
С6Н5С3Н6ООН → С6Н5ОН +(СН3)2СО
5 вариант
Задание 1. Составить материальный баланс реактора для производства окиси этилена прямым каталитическим окислением этилена кислородом. Производительность установки П т.т. в год товарной окиси этилена. Эффективное время работы установки 350 дней в году. Состав исходной газовой смеси (% об.): этилен - 3; кислород - 7, азот - остальное. Конверсия этилена 13%. Селективность процесса окисления 85% масс. Технический этилен содержит 2% примесей. Мольное соотношение между побочными продуктами 6,3:1,2.
Реакция получения окиси этилена:
С2Н4 + 0,5О2 → С2Н4О
Побочные реакции:
С2Н4 + 3О2 → 2СО2 + 2Н2О
С2Н4 + 0,5О2 → С2Н4О
6 вариант
Задание 1. Составить материальный баланс реактора очистки пропилена от МАПД методом гидрирования метилацетилена и пропадиена производительностью П т.т. в год по пропилену. Установка работает в течение 355 дней в году. Состав метилацетиленовой пропадиеновой фракции на входе в реактор: метилацетилена - 4%, пропадиена - 2%, пропилена - 54% масс, остальное пропан. Селективность процесса гидрирования 0,95. Конверсия: на первой стадии 90%, второй 25%, третьей 18 %. Потери пропилена 5%. Соотношение водород: МАПД равно1,5:1 моль.
Реакция гидрирования метилацетилена и пропадиена:
С3Н4 + Н2 → С3Н6
С3Н4 + Н2 → С3Н6
Побочные реакции:
С3Н6 + Н2 → С3Н8
7 вариант
Задание 1. Составить материальный баланс реактора получения стирола производительностью по стиролу-ректификату П т.т. в год. Общая конверсия метилфенилкарбинола 94%: на первой ступени 70. Общая селективность процесса дегидратации МФК в стирол 0,95, причем: 0,03 - процесс образования ацетофенона; 0,02 – процесс образования бензальдегида. Параллельно с основным процессом дегидратации, протекают процессы деалкилирования этилбензола, окисления бензальдегида в бензойную кислоту. Конверсия процесса деалкилирования 0,7; процесса окисления бензальдегида 0,5. Разбавление МФК водяным паром (в пересчете на МФК) 1: 1,5 вес. Эффективное время работы установки 350 дней в году. Состав фракции МФК подаваемой на дегидратацию:
| Наименование компонентов | % вес. |
| Этилбензол Бензальдегид Ацетофенон Метилфенилкарбинол | 0,01 0,04 28,24 71,71 |
| Итого: | 100,00 |
Реакция получения стирола:
С6Н5−НСОН−СН3 → С6Н5−СН=СН2 + Н2О
Побочные реакции:
С6Н5−НСОН−СН3 → С6Н5−СО−СН3 + Н2
С6Н5−НСОН−СН3 + 0,5О2→ С6Н5−СНО + СН3ОН
С6Н5−НСО + 0,5О2→ С6Н5−СООН
С6Н5−СН2−СН3 →СН2=СН2 + С6Н6
8 вариант
Задание 1. Производительность установки по товарному эфиру составляет П т.т. в год. Годовой фонд рабочего времени 8400 часов. Мольное соотношение метанол/изобутилен 1,075:1 Общая конверсия изобутилена составляет 95%, на первой стадии 75%, на второй 37%. Селективность превращения изобутилена в МТБЭ - 99,0%, изобутилена в диизобутилен -0,6%, изобутилена в ТМК - 0,4%. Потери МТБЭ - 0,5 % от всего образовываемого МТБЭ.
Реакция синтеза метилтретбутилового эфира:
i-С4Н8 + СН3OH → С4Н9ОСН3
Побочные реакции:
i-С4Н8 + H2O → C4H9OH (образование ТМК)
2 i-С4Н8 → С8Н16 (образование диизобутилена).
9 вариант
Задание 1. Производительность установки П т.т. в год по этиленгликолю. Эффективный фонд рабочего времени 335 дней в году. Конверсия окиси этилена равна 1. Селективность процесса равна 0,93. Количество окиси этилена израсходованной по реакции 2 и 3 определяется соотношением 4,2:1. Мольное соотношение окиси этилена: вода равно 1:18. Потери при ректификации принимаем 0,25% от производительности. Химизм процесса описывается следующими реакциями:
1. Реакция гидратации окиси этилена:
С2Н4О + Н2О → С2Н6О2
2. Реакции поликонденсации (вторичные реакции):
С2Н6О2 + С2Н4О → С4Н8О(ОН)2
С4Н8О(ОН)2 + С2Н4О → С6Н12О2(ОН)2
10 вариант
Задание 1. Составить материальный баланс реактора каталитического окисления метанола кислородом воздуха. Процесс осуществляется на серебряном катализаторе. Производительность реактора П т.т/год по формальдегиду. Избирательность процесса превращения метанола в формальдегид - 0,79. Степень превращения метанола - 0,95. Содержание метанола в спирто-воздушной смеси - 45% об. Мольное соотношение продуктов в продукционном газе НСООН:СО2:СО:СН4 равно 0,4:0,6:1,5:1,3. Установка работает в течение 355 дней в году.
Целевые реакции процесса:
CH3OH → HCHO + H2
CH3OH + 0,5 O2 → HCHO + H2O
Побочные реакции процесса:
CH3OH → СO + 2H2
CH3OH + Н2 → СН4 + H2O
CH3OH + O2 → НСOОН + H2O
CH3OH + 1,5 O2 → СO2 + 2H2O
11 вариант
Задание 1. Составить материальный баланс реактора каталитического окисления метанола кислородом воздуха. Процесс осуществляется на серебряном катализаторе. Производительность реактора П т.т/год по формальдегиду. Избирательность процесса превращения метанола в формальдегид - 0,77. Степень превращения метанола - 0,96. Содержание метанола в спирто-воздушной смеси - 35% об. Мольное соотношение продуктов в продукционном газе НСООН:СО2:СО:СН4 равно 0,4:0,6:1,5:1,3. Установка работает в течение 350 дней в году.
Целевые реакции процесса:
CH3OH → HCHO + H2
CH3OH + 0,5 O2 → HCHO + H2O
Побочные реакции процесса:
CH3OH → СO + 2H2
CH3OH + Н2 → СН4 + H2O
CH3OH + O2 → НСOОН + H2O
CH3OH + 1,5 O2 → СO2 + 2H2O
12 вариант
Задание 1. Составить материальный баланс реактора алкилирования бензола этиленом производительностью П т.т в год по этилбензолу-ректификату. Эффективное время работы установки 350 дней в году. Содержание этилбензола в этилбензоле-ректификате 99,9 % масс. Исходное мольное соотношение бензол: этилен равно 5: 1. Расход катализатора А1С13 на 1 т. товарного этилбензола равен 4 кг. Расход активатора хлористого этила на 1 т. товарного этилбензола 3 кг. Потери этилбензола - 4 % масс. Потери этилена: с отдувками 2,0 % масс. от количества связанного этилена. Количество образующихся побочных продуктов −500 кг/ч.
Целевая реакция процесса:
С6Н6 + С2Н4 → С6Н5С2Н5
С2Н5СI + С6Н6 → С6Н5С2Н5 + НСI
Побочные реакции процесса:
С6Н6 + 2С2Н4 → С6Н4(С2Н5)2
13 вариант
Задание 1. Составить материальный баланс хлоратора в производстве хлорбензола, определить селективность процесса и степень превращения бензола, если производительность установки равна П т/сут. по хлорбензолу. Состав жидких продуктов (% масс.) следующий: бензол -64,0; хлорбензол - 33,0; дихлорбензол - 2,5; трихлорбензол - 0,5. Технический хлор содержит 96 % основного вещества. Технический бензол содержит 2,5 % примесей.
Целевая реакция процесса хлорирования:
Побочные реакции:
14 вариант
Задание 1. Составить материальный баланс реактора для производства фенола кумольным способом, если производительность установки равна П т/сут. по фенолу. Выход изопропилбензола из бензола составляет 93% от теоретического, а фенола из изопропилбензола - 93%. Технический пропилен имеет следующий состав 30 % (масс.) пропилена, 69 % (масс.)пропана. Технический бензол содержит 5 % (масс.) толуола.
Реакция получения изопропилбензола:
С6Н6 + С3Н6 → С6Н5С3Н7
Реакция окисления изопропилбензола в гидроперекись:
С6Н5С3Н7 + О2 → С6Н5С3Н6ООН
Реакция разложения гидроперекиси с образованием фенола и ацетона:
С6Н5С3Н6ООН → С6Н5ОН +(СН3)2СО
15 вариант
Задание 1. Составить материальный баланс реактора для производства окиси этилена прямым каталитическим окислением этилена кислородом. Производительность установки П т.т. в год товарной окиси этилена. Эффективное время работы установки 350 дней в году. Состав исходной газовой смеси (% об.): этилен - 3; кислород - 7, азот - остальное. Конверсия этилена 15%. Селективность процесса окисления 76% масс. Технический этилен содержит 2% примесей. Мольное соотношение между побочными продуктами 6,3:1,2.
Реакция получения окиси этилена:
С2Н4 + 0,5О2 → С2Н4О
Побочные реакции:
С2Н4 + 3О2 → 2СО2 + 2Н2О
С2Н4 + 0,5О2 → С2Н4О
16 вариант
Задание 1. Составить материальный баланс реактора очистки пропилена от МАПД методом гидрирования метилацетилена и пропадиена производительностью П т.т. в год по пропилену. Установка работает в течение 355 дней в году. Состав метилацетиленовой пропадиеновой фракции на входе в реактор: метилацетилена - 4%, пропадиена - 2%, пропилена - 53% масс, остальное пропан. Селективность процесса гидрирования 0,93. Конверсия: на первой стадии 90%, второй 22%, третьей 18 %. Потери пропилена 5%. Соотношение водород: МАПД равно1,5:1 моль.
Реакция гидрирования метилацетилена и пропадиена:
С3Н4 + Н2 → С3Н6
С3Н4 + Н2 → С3Н6
Побочные реакции:
С3Н6 + Н2 → С3Н8
17 вариант
Задание 1. Составить материальный баланс реактора получения стирола производительностью по стиролу-ректификату П т.т. в год. Общая конверсия метилфенилкарбинола 94%: на первой ступени 70. Общая селективность процесса дегидратации МФК в стирол 0,86, причем: 0,03 - процесс образования ацетофенона; 0,02 – процесс образования бензальдегида. Параллельно с основным процессом дегидратации, протекают процессы деалкилирования этилбензола, окисления бензальдегида в бензойную кислоту. Конверсия процесса деалкилирования 0,7; процесса окисления бензальдегида 0,5. Разбавление МФК водяным паром (в пересчете на МФК) 1: 1,5 вес. Эффективное время работы установки 350 дней в году. Состав фракции МФК подаваемой на дегидратацию:
| Наименование компонентов | % вес. |
| Этилбензол Бензальдегид Ацетофенон Метилфенилкарбинол | 0,01 0,04 28,24 71,71 |
| Итого: | 100,00 |
Реакция получения стирола:
С6Н5−НСОН−СН3 → С6Н5−СН=СН2 + Н2О
Побочные реакции:
С6Н5−НСОН−СН3 → С6Н5−СО−СН3 + Н2
С6Н5−НСОН−СН3 + 0,5О2→ С6Н5−СНО + СН3ОН
С6Н5−НСО + 0,5О2→ С6Н5−СООН
С6Н5−СН2−СН3 →СН2=СН2 + С6Н6
18 вариант
Задание 1. Производительность установки по товарному эфиру составляет П т.т. в год. Годовой фонд рабочего времени 8400 часов. Мольное соотношение метанол/изобутилен 1,075:1 Общая конверсия изобутилена составляет 95%, на первой стадии 72%, на второй 37%. Селективность превращения изобутилена в МТБЭ - 95,0%, изобутилена в диизобутилен -0,6%, изобутилена в ТМК - 0,4%. Потери МТБЭ - 0,5 % от всего образовываемого МТБЭ.
Реакция синтеза метилтретбутилового эфира:
i-С4Н8 + СН3OH → С4Н9ОСН3
Побочные реакции:
i-С4Н8 + H2O → C4H9OH (образование ТМК)
2 i-С4Н8 → С8Н16 (образование диизобутилена).
19 вариант
Задание 1. Производительность установки П т.т. в год по этиленгликолю. Эффективный фонд рабочего времени 335 дней в году. Конверсия окиси этилена равна 1. Селективность процесса равна 0,91. Количество окиси этилена израсходованной по реакции 2 и 3 определяется соотношением 4,2:1. Мольное соотношение окиси этилена: вода равно 1:18. Потери при ректификации принимаем 0,15% от производительности. Химизм процесса описывается следующими реакциями:
1. Реакция гидратации окиси этилена:
С2Н4О + Н2О → С2Н6О2
2. Реакции поликонденсации (вторичные реакции):
С2Н6О2 + С2Н4О → С4Н8О(ОН)2
С4Н8О(ОН)2 + С2Н4О → С6Н12О2(ОН)2
20 вариант
Задание 1. Составить материальный баланс реактора каталитического окисления метанола кислородом воздуха. Процесс осуществляется на серебряном катализаторе. Производительность реактора П т.т/год по формальдегиду. Избирательность процесса превращения метанола в формальдегид - 0,79. Степень превращения метанола - 0,95. Содержание метанола в спирто-воздушной смеси - 45% об. Мольное соотношение продуктов в продукционном газе НСООН:СО2:СО:СН4 равно 0,4:0,6:1,5:1,3. Установка работает в течение 355 дней в году.
Целевые реакции процесса:
CH3OH → HCHO + H2
CH3OH + 0,5 O2 → HCHO + H2O
Побочные реакции процесса:
CH3OH → СO + 2H2
CH3OH + Н2 → СН4 + H2O
CH3OH + O2 → НСOОН + H2O
CH3OH + 1,5 O2 → СO2 + 2H2O
21 вариант
Задание 1. Составить материальный баланс реактора каталитического окисления метанола кислородом воздуха. Процесс осуществляется на серебряном катализаторе. Производительность реактора П т.т/год по формальдегиду. Избирательность процесса превращения метанола в формальдегид - 0,78. Степень превращения метанола - 0,96. Содержание метанола в спирто-воздушной смеси - 37% об. Мольное соотношение продуктов в продукционном газе НСООН:СО2:СО:СН4 равно 0,4:0,6:1,5:1,3. Установка работает в течение 350 дней в году.
Целевые реакции процесса:
CH3OH → HCHO + H2
CH3OH + 0,5 O2 → HCHO + H2O
Побочные реакции процесса:
CH3OH → СO + 2H2
CH3OH + Н2 → СН4 + H2O
CH3OH + O2 → НСOОН + H2O
CH3OH + 1,5 O2 → СO2 + 2H2O
22 вариант
Задание 1. Составить материальный баланс реактора алкилирования бензола этиленом производительностью П т.т в год по этилбензолу-ректификату. Эффективное время работы установки 350 дней в году. Содержание этилбензола в этилбензоле-ректификате 97,9 % масс. Исходное мольное соотношение бензол: этилен равно 5: 1. Расход катализатора А1С13 на 1 т. товарного этилбензола равен 4 кг. Расход активатора хлористого этила на 1 т. товарного этилбензола 3 кг. Потери этилбензола - 4 % масс. Потери этилена: с отдувками 2,0 % масс. от количества связанного этилена. Количество образующихся побочных продуктов −500 кг/ч.
Целевая реакция процесса:
С6Н6 + С2Н4 → С6Н5С2Н5
С2Н5СI + С6Н6 → С6Н5С2Н5 + НСI
Побочные реакции процесса:
С6Н6 + 2С2Н4 → С6Н4(С2Н5)2
23 вариант
Задание 1. Составить материальный баланс хлоратора в производстве хлорбензола, определить селективность процесса и степень превращения бензола, если производительность установки равна П т/сут. по хлорбензолу. Состав жидких продуктов (% масс.) следующий: бензол -69,0; хлорбензол - 35,0; дихлорбензол - 2,5; трихлорбензол - 0,5. Технический хлор содержит 97 % основного вещества. Технический бензол содержит 2,5 % примесей.
Целевая реакция процесса хлорирования:
Побочные реакции:
24 вариант
Задание 1. Составить материальный баланс реактора для производства фенола кумольным способом, если производительность установки равна П т/сут. по фенолу. Выход изопропилбензола из бензола составляет 96% от теоретического, а фенола из изопропилбензола - 87%. Технический пропилен имеет следующий состав 30 % (масс.) пропилена, 68 % (масс.)пропана. Технический бензол содержит 5 % (масс.) толуола.
Реакция получения изопропилбензола:
С6Н6 + С3Н6 → С6Н5С3Н7
Реакция окисления изопропилбензола в гидроперекись:
С6Н5С3Н7 + О2 → С6Н5С3Н6ООН
Реакция разложения гидроперекиси с образованием фенола и ацетона:
С6Н5С3Н6ООН → С6Н5ОН +(СН3)2СО
25 вариант
Задание 1. Составить материальный баланс реактора для производства окиси этилена прямым каталитическим окислением этилена кислородом. Производительность установки П т.т. в год товарной окиси этилена. Эффективное время работы установки 350 дней в году. Состав исходной газовой смеси (% об.): этилен - 3; кислород - 7, азот - остальное. Конверсия этилена 20%. Селективность процесса окисления 79% масс. Технический этилен содержит 2% примесей. Мольное соотношение между побочными продуктами 6,3:1,2.
Реакция получения окиси этилена:
С2Н4 + 0,5О2 → С2Н4О
Побочные реакции:
С2Н4 + 3О2 → 2СО2 + 2Н2О
С2Н4 + 0,5О2 → С2Н4О