Матеріальний баланс отримання карбаміду з 10 t аміаку

Витрачено		Одержано
Назва речовини	Маса (t)	Назва речовини	Маса (t)
Вапняк	35,52	Оксид кальцію	16,47
		Втрати оксиду кальцію	1,83
		Диоксид вуглецю	12,941
		Втрати диоксиду вуглецю	1,438
		Домішки у вапняку	2,841
Диоксид вуглецю	12,941	Карбамід	16,765
		Втрати карбаміду	0,882
Аміак	10,0	Вода	5,029
		Втрати води	0,265
Всього:	58,461	Усього:	58,461

Схему руху матеріальних потоків технологічного процесу отримання карбаміду показано на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Схема руху матеріальних потоків отримання карбаміду

Задача 5. Обчислити, як зміниться продуктивність процесу синтезу аміаку, якщо концентрація водню збільшилась у два рази.

Розв’язання. Технологічний процес відбувається за таким стехіометричним рівнянням:

N₂ + 3H₂ 2NH₃.

Згідно з законом діючих мас, при сталій температурі швидкість хімічної реакції пропорційна добуткові концентрацій реагуючих речовин, причому кожна концентрація входить у добуток у ступені, що дорівнює коефіцієнту, який стоїть перед формулою речовини в рівнянні реакції. Відповідно швидкість прямої та зворотної реакцій даного процесу матимуть вигляд:

k₁ і k₂ — константи швидкості відповідно прямої та зворотної реакцій. Константа швидкості визначається природою реагуючих речовин і залежить від температури та наявності каталізаторів і не залежить від концентрації реагуючих речовин.

Після збільшення концентрації водню швидкість прямої реакції змінюється:

Звідки:

Отже, швидкість прямої реакції збільшиться у 8 разів, а швидкість зворотної не змінилася. Таким чином, продуктивність процесу збільшується у 8 разів, рівновага зміщується у напрямі утворення аміаку.

Задача 6.Обчислити зміну продуктивності процесу окислення диоксиду сірки до триоксиду сірки, що є однією з стадій виробництва сірчаної кислоти, якщо тиск у системі збільшити в три рази.

Розв’язання. Технологічний процес, в якому всі реагуючі компоненти є газоподібними речовинами, відбувається за схемою:

2SO₂ + O₂ 2SO₃.

Згідно з законом діючих мас, як і в попередньому прикладі, швидкості відповідно прямої і зворотної хімічних реакцій даного процесу матимуть вигляд:

Оскільки для гомогенних газових систем тиск — це суть концентрація, то, згідно з законом дії мас, результативна швидкість хімічних реакцій (v_пр і v_зв) визначатиметься так:

;

Звідки:

Отже, швидкість прямої реакції збільшилась у 27 разів, а зворотної — у 9 разів. Продуктивність процесу зросла у 3 рази, а рів­новага змістилася у напрямі утворення триоксиду сірки.

Задача 7. Обчислити зміну продуктивності процесу, що відбувається в газовій фазі, якщо температуру підвищили від 30^оС до 333 К, а температурний коефіцієнт швидкості реакції дорівнює 2.

Розв’язання. Залежність швидкості хімічної реакції (а отже і продуктивність процесу) від температури визначається емпіричним правилом Вант-Гоффа, суть якого полягає в тому, що при збільшенні температури на кожні 10^о С швидкість реакції зростає в 2—4 рази. Нагрівання веде до зростання, а охолодження до зменшення швидкості реакції. Математично це відображається так:

де і — швидкості реакцій відповідно при температурі Т₂ і Т₁;  — температурний коефіцієнт швидкості реакції — число, яке показує, у скільки разів змінюється швидкість даної реакції при зміні температури в системі на 10^оС.

Виходячи з даних задачі та з урахуванням, що 333К = 60^оС, маємо:

Отже, швидкість реакції , яка відбувається при температурі 60^оС, збільшилась порівняно зі швидкістю реакції , яка відбувається при 30^оС, у 8 разів.