Задача 2. На окисление сернистого ангидрида по реакции 2SO2 +O2 Û 2SO3+Q поступает N0 =500 кмоль/ч газовой смеси

На окисление сернистого ангидрида по реакции 2SO₂ +O₂ Û 2SO₃+Q поступает N₀ =500 кмоль/ч газовой смеси, состоящей из четырех индивидуальных компонентов (мол. доли): n_SO2=0, 15; n_O2=0, 20; n_SO3=0; n_N2=0, 65. Степень превращения Х_SO2 =0, 8. рассчитать материальный баланс процесса.

Решение

Решение выполняем в табличной форме по следующей схеме:

· Рассчитываем мольное и массовое количество компонентов в приходе:

N_{i, 0} = N₀× n_i; m_{i, 0} = N_{i, 0} × M_i;

· Рассчитываем количество компонентов, участвующих в химической реакции;

· Рассчитываем мольные и массовые количества компонентов в расходе.

Решение задачи приведено в табл. 1.6.

Таблица.1.6.

Таблица материального баланса

В-во	Mi, кг/кмоль	ПРИХОД	реакция	РАСХОД
ni, 0, кмоль/ч	mi, 0, кг/ч	ni	ni, хр, кмоль/ч	ni, кмоль/ч	mi, кг/ч
SO2		500× 0, 15=75	75× 64=4800		75× 0, 8=60	75 -60=15	15× 64=960
О2		500× 0, 2=100	100× 32=3200		75× 0, 8× 1/2=30	100-30=70	70× 32=2240
SO3				-2	75× 0, 8× -2/2= = -60	0+60=60	60× 80=4800
N2		500× 0, 65=325	325× 28=9100				325× 28=9100
ВСЕГО

При компьютерном расчете в среде пакета Excel оперируем адресами клеток:

· для заполнения столбца D: в клетку D3 вносим значение =$B$9*C3, а затем копируем это произведение в клетки D4: D6. В клетке D7 получаем значение суммы, используя значок автосуммы S;

· для заполнения столбца Е в клетку Е3 вносим произведение =D3*C3 и копируем его в клетки Е4: Е6. В клетке Е7 получаем значение суммы, используя значок автосуммы S;

· для заполнения столбца G: в клетку G3 вносим значение =$D$3*$B$10, в клетку G4 - =$D$3*$B$10* F4/F3, в клетку G5 - =$D$3*$B$10* F5/F3. В клетке G6 значение равно 0;

· для заполнения столбца Н в клетку Н3 вносим значение =D3-G3 и копируем его в клетки Н4: Н6. В клетке Н7 получаем значение суммы, используя значок автосуммы S;

· для заполнения столбца I в клетку I3 вносим произведение =H3*B3 и копируем его в клетки I4: I6. В клетке I7 получаем значение суммы, используя значок автосуммы S.

Решение с использованием программы EXCEL приведено в табл.1.7.

Таблица 1.7.

Расчет материального баланса с использованием программы EXCEL

Задача 3

На синтез аммиака по реакции N₂+3H₂ Û 2NH₃ +Q поступает 50000 кг/ч газовой смеси, состоящей из четырех индивидуальных компонентов (мол. доли): n_{H2, 0} =0, 75, n_{N2, 0}=0, 15, n_{NH3, 0} =0, 05, n_{CH4, 0}=0, 05. Степень превращения водорода Х_Н2 - 0, 18. рассчитать материальный баланс процесса.

Решение

Исходный поток задан в массовых единицах, а его состав – в мольных долях. Для приведения размерностей состава и расхода к одним единицам измерения следует предпринять одно из следующих действий:

· рассчитать молярную массу смеси по формуле (1.6), а затем мольный расход смеси по формуле (1.8) либо

· пересчитать мольный состав потока в массовый по формуле (1.4).

В решении, представленном в табл. 1.8, реализован первый путь.

Ход расчета:

· По формуле (1.6) рассчитываем молярную массу смеси и получаем М_см = 7, 35 кг/кмоль. При компьютерном расчете в клетку В12 вводим выражение: =С3*B3+C4*B4+C5*B5+C6*B6;

· По формуле (1.7) находим мольный расход смеси. При компьютерном расчете в клетку В13 вводим выражение =В9/В12. N_{0, см} = 6802, 72109 кг/кмоль.

Далее решаем по схеме, приведенной в задаче 1.

Решение (с использованием пакета EXCEL) приведено в табл.1.8.

Таблица 1.8.

Расчет материального баланса с использованием программы Excel

Задача 4

На синтез аммиака по реакции N₂+3H₂ = 2NH₃+Q поступает 50000 кмоль/ч газовой смеси, состоящей из четырех индивидуальных компонентов (масс. доли): g_{H2, 0}=0, 15, g_{N2, 0} =0, 55, g_{NH3, 0} =0, 20; g_{CH4, 0}=0, 10. Степень превращения водорода Х_Н2 - 0, 18. рассчитать материальный баланс процесса.

Решение

Исходный поток задан в мольных единицах, а его состав – в массовых долях. Следует пересчитать состав потока из массовых долей в мольные по формуле (1.5). Далее решать по схеме, приведенной в задаче 1.

Ход расчета:

1. Рассчитываем мольные доли компонентов потока (см. столбец D в таблице).

· в клетку D12 вводим выражение: =С3/B3+C4/B4+C5/B5+C6/B6 и получаем 0, 112658;

· в столбец D вводим формулы для расчета n_i. В клетку D3: =С3/B3/$D$12; в клетку D4: =С4/B4/$D$12 и т.д.

Решение с использованием пакета EXCEL приведено в табл.1.9.

Таблица 1.9.

Расчет материального баланса с использованием программы Excel

1.6.4.Расчет материального баланса обратимых реакций, протекающих при смешении газовых потоков