В задание входят три теоретических вопроса, ответы на которые могут быть найдены в основной рекомендуемой литературе. С ответа на эти вопросы следует начинать выполнение контрольного задания. В предложенных вопросах отражены основные направления курса: основные понятия статики химико-технологических объектов, модели гидродинамических структур потоков и методы их изучения, кинетические закономерности химических реакций в основных типах реакторов. Ответы на эти вопросы должны быть полными с представлением необходимых графиков, схем установок, рисунков. Номера вопросов определяются по последней цифре номера зачетной книжки. Если номер зачетной книжки оканчивается на 4, то номера вопросов 4, 14, 24, если на 0 – то вопросы
10, 20, 30 и т. д.
Решение отдельных задач контрольного задания необходимо выполнять с учетом раздела «Указания к решению контрольных заданий». Исходные данные для решения выбираются в таблице вариантов в каждой задаче по последней цифре шифра (номера зачетной книжки студента).
Если какие-либо задачи или вопросы непонятны или студент не смог найти их в литературе, то их нельзя пропускать, а надо обратиться к преподавателю за консультацией. Недопустимы пространные выписки из учебной литературы (в случае необходимости обязательно сделать подробную ссылку на литературный источник) или распечатки из интернета.
При выполнении контрольной работы следует руководствоваться следующими правилами:
1.Контрольное задание должно быть выполнено полностью, т. е. необходимо ответить на все вопросы, решить все задачи и выполнить все графические построения.
2.Обязательно выписывать полностью конкретные (по своему варианту) условия задачи.
3.Необходимо указывать единицы измерения всех используемых величин, а аналитическое решение задач сопровождать краткими пояснениями.
4.Графические работы выполнять четко и аккуратно, с соблюдением необходимых масштабов. Если график имеет несколько кривых, то каждая из них должна быть специально обозначена (цветом, индексом и т. д.).
5.Контрольная работа должна быть оформлена в отдельной тетради. На титульном листе необходимо указать название учебного заведения и кафедры, название дисциплины, фамилию, имя и отчество студента, курс, направление подготовки, номер зачетной книжки.
Выполненная контрольная работа сдается лектору дисциплины.
6
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
Теоретические вопросы
1.Общие закономерности химико-технологических процессов. Классификация химических процессов.
2.Материальный баланс химического процесса, расход реагентов.
3.Тепловой баланс химического процесса, тепловой эффект реакции.
4.Химическое равновесие, влияние на него температуры, давления, концентрации, определение константы равновесия.
5.Скорость химических процессов, определение кинетических констант, константа скорости реакции и порядок реакции.
6.Зависимость скорости реакции от температуры, определение энергии активации.
7.Структура кинетических уравнений. Определение константы скорости интегральным методом для необратимых реакций I порядка.
8.Определение константы скорости интегральным методом для реак-
ции II порядка типа А + В → Р + S.
9.Определение константы скорости интегральным методом для реакции n-го порядка.
10.Определение константы скорости реакции интегральным методом для обратимых реакций I порядка.
11.Определение концентрации и времени максимального выхода промежуточного продукта в последовательных реакциях.
12.Определение константы скорости реакции интегральным методом для параллельных реакций.
13.Определение порядка реакции методом проб и ошибок и методом характеристического времени.
14.Определение порядка реакции методом достижения определенной степени превращения и дифференциальный метод анализа опытных данных.
15.Определение лимитирующей стадии гетерогенного процесса.
16.Кинетика гетерогенных реакций, кинетическая и диффузионная области протекания реакций.
17.Определение лимитирующей стадии гетерогенных процессов с нереагирующим ядром.
18.Кинетика гетерогенных реакций с разрушением частиц.
19.Кинетика каталитических процессов, выбор катализатора, гомогенный катализ.
20.Гетерогенный катализ.
21.Классификация химических реакторов.
7
22.Характеристическое уравнение РИС периодического действия.
23.Характеристическое уравнение РИС непрерывного действия.
24.Характеристическое уравнение РИВ.
25.Тепловой эффект в реакторах, зависимость степени превращения от температуры из уравнений материального баланса.
26.Зависимость степени превращения от температуры в РИС периодического действия из уравнения теплового баланса.
27.Зависимость степени превращения от температуры в РИС непрерывного действия из уравнения теплового баланса.
28.Зависимость степени превращения от температуры в РИВ из уравнения теплового баланса.
29.Оптимальная температура процесса. Способы увеличения степени превращения при проведении необратимого эндотермического процесса.
30.Оптимальная температура процесса. Способы увеличения степени превращения при проведении необратимого экзотермического процесса.
Контрольные задачи
Задача 1. Определить расход воздуха для сжигания 100 м3 газа, если известен коэффициент избытка воздуха α. Определить содержание водяного пара в продуктах сгорания в массных и мольных концентрациях, если соотношение кислорода и азота в воздухе составляет:
О2 : N2 =1: 3,76.
Вариант |
Сжигаемый газ |
Коэффициент |
α |
избытка воздуха |
|||
|
|
|
|
1 |
Этан |
1,2 |
|
2 |
Этан |
1,3 |
|
3 |
Этан |
1,4 |
|
4 |
Пропан |
1,2 |
|
5 |
Пропан |
1,3 |
|
6 |
Пропан |
1,4 |
|
7 |
Пропан |
1,5 |
|
8 |
Бутан |
1,2 |
|
9 |
Бутан |
1,3 |
|
10 |
Бутан |
1,4 |
|
8
Задача 2. Составить материальный баланс на 1 т продукта и определить тепловой эффект реакции (целевой продукт подчеркнут).
Вариант |
|
|
Тип реакции |
||||
1-5 |
|
|
2NaCl +H2SO4 → Na2SO4 +2HCl + H |
||||
6-10 |
|
H2SO4 +2NH3 → (NH4 )2 SO4 + H |
|||||
Значения теплот образования веществ: |
|
|
|||||
HNaCl =410,9 кДж/моль; |
HH SO |
4 |
=811,3 кДж/моль; |
||||
|
|
|
=1384 кДж/моль; |
2 |
|
||
HNa SO |
4 |
HHCl =92,3 кДж/моль; |
|||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
HNH3 |
=46,2 кДж/моль; |
H(NH4 )2 SO4 =132 кДж/моль. |
|||||
Задача 3. Определить константу скорости реакции в случае 0, 1, 2-го порядков, если через время τ после начала реакции достигнута степень
превращения исходного вещества ХА, а начальная концентрация исходного вещества − СА0 .
Вариант |
ХА |
СА0 , кмоль/м3 |
τ, мин |
1 |
0,61 |
0,21 |
11 |
2 |
0,62 |
0,22 |
12 |
3 |
0,63 |
0,23 |
13 |
4 |
0,64 |
0,24 |
14 |
5 |
0,65 |
0,25 |
15 |
6 |
0,66 |
0,26 |
16 |
7 |
0,67 |
0,27 |
17 |
8 |
0,68 |
0,28 |
18 |
9 |
0,69 |
0,29 |
19 |
10 |
0,70 |
0,30 |
20 |
Задача 4. Определить константу скорости реакции первого порядка при температуре t3 , если при температуре t1 за время τ1 достигнута степень
превращения XA1 , а при температуре t2 за время τ2 достигнута степень превращения XA2 .
9
Вариант |
XA |
XA |
2 |
t |
1 |
, °С |
t |
2 |
, °С |
t3 , °С |
τ , мин |
τ |
2 |
, мин |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
||||
1 |
0,61 |
0,71 |
|
20 |
|
40 |
80 |
6 |
|
|
3 |
|||
2 |
0,62 |
0,72 |
|
22 |
|
42 |
82 |
8 |
|
|
4 |
|||
3 |
0,63 |
0,73 |
|
24 |
|
44 |
84 |
10 |
|
|
5 |
|||
4 |
0,64 |
0,74 |
|
26 |
|
46 |
86 |
12 |
|
|
6 |
|||
5 |
0,65 |
0,75 |
|
28 |
|
48 |
88 |
14 |
|
|
7 |
|||
6 |
0,66 |
0,76 |
|
30 |
|
50 |
90 |
16 |
|
|
8 |
|||
7 |
0,67 |
0,77 |
|
32 |
|
52 |
92 |
18 |
|
|
9 |
|||
8 |
0,68 |
0,78 |
|
34 |
|
54 |
94 |
20 |
|
10 |
||||
9 |
0,69 |
0,79 |
|
36 |
|
56 |
96 |
22 |
|
11 |
||||
10 |
0,70 |
0,80 |
|
38 |
|
58 |
98 |
24 |
|
12 |
||||
Задача 5. Сравнить объемы Рив и Рис Н для достижения одной и
той же степени превращения Х'А, равной 0,1; 0,5; 0,9 при проведении реакции A → P , если за время τ в Рис П была достигнута степень превращения XA .
Вариант |
τ, с |
XA |
1 |
50 |
0,51 |
2 |
60 |
0,52 |
3 |
70 |
0,53 |
4 |
80 |
0,54 |
5 |
90 |
0,55 |
6 |
100 |
0,56 |
7 |
110 |
0,57 |
8 |
120 |
0,58 |
9 |
130 |
0,59 |
10 |
140 |
0,60 |
Задача 6. В какой последовательности установить реакторы Рив и Рис Н для проведения реакции второго порядка, если известны значения k τ и CA0 .
Выбор последовательности установки реакторов необходимо обосновать (т. е. задача требует развернутого ответа).
10