Задачи по общей химической технологии

Задача Процесс, описываемый реакцией первого порядка типа А → R c константой скорости k = 2,05^.10^-2 с^-1, проводится в системе реакторов (рис. 1). Объемный расход исходной смеси равен 100 л/мин, объем реактора вытеснения – 50 л. Объемы реакторов смешения равны. Каков должен быть их объем, если входящий поток делится поровну, а степень превращения в реакторе вытеснения равна степени превращения в каскаде реакторов смешения?

Рисунок 1

Для обоих случаев напишите уравнение электрохимической коррозии во влажной среде, насыщенной кислородом. Будет ли оксидная пленка, образующаяся на алюминии, обладать защитными свойствами?

Решение.

Протекторная защита заключается в присоединении к защищаемому металлическому изделию, металла с более отрицательным значением стандартного электродного потенциала E⁰, т.е. более активного металла. Для защиты железа подойдут, например, цинк и бериллий:

E_Fe2+/Fe = — 0,440 В

E_Zn2+/Zn = — 0,763 В

E_Be2+/Be = — 1,850 В

Запишем уравнения электрохимической коррозии во влажной среде, насыщенной кислородом:

Fe—Zn

.......

Какой из компонентов сплава будет разрушаться при электрохимической коррозии?

Ответ подтвердите уравнениями анодного и катодного процесса коррозии: а) в кислой среде;

б) в кислой среде, насыщенной кислородом. 

Будет ли оксидная пленка, образующаяся на олове, обладать защитными свойствами?

Решение.

При электрохимической коррозии сплава, в первую очередь будет разрушаться более активный металл, т.е. металл, имеющий более отрицательное значение стандартного электродного потенциала. В таблице электродных потенциалов найдем:

E_Mg2+/Mg = — 2,37 В

E_Mn2+/Mn = — 1,18 В

.......

Составьте уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии технического железа во влажном воздухе и в азотной кислоте. Будет ли оксидная пленка, образующаяся на свинце, обладать защитными свойствами?

Решение.

Техническое железо содержит примеси, которые, как правило, выполняют роль катода. Либо, если это углерод, который не передает в раствор положительно заряженных ионов и не имеет заградительного барьера от ионов водорода в кислой среде. Само железо будет служить анодом и подвергаться разрушению.

В химически чистом железе нет примесей, которые образовали бы гальванопару с железом, где бы оно окислялось.

При коррозии технического железа протекают следующие реакции:

Во влажном воздухе

А: Fe – 2e^— = Fe²⁺

K:  O₂ + 2H₂O  + 4e^— = 4OH^—

.....

Нормальные потенциалы различных электродов образуют электрохимический ряд напряжений, по которому можно предсказать, какой металл из выбранной пары будет разрушаться, т. е. служить анодом, а также степень опасности коррозионного процесса.

Методические рекомендации: Проанализировать представленный в таблице 1 электрохимический ряд напряжений электродов и объяснить, как по величине равновесного электродного потенциала  можно предсказать какой металл из выбранной пары будет разрушаться.

Таблица 1

Решение

Катодом  (т.е. электродом, на котором протекает процесс восстановления) в гальваническом элементе будет электрод, имеющий большее значение стандартного электродного потенциала.... 

......

Построение диаграммы Пурбе для цинка

Рассмотрим взаимодействия между металлическим цинком, его ионами и водой при разных значениях рН.

Для построения диаграмм необходимо:

§  знать основные реакции (окисления, восстановления, комплексообразования, осаждения);

§  знать их количественные характеристики (ПР, изобарно-изотермические потенциалы);

§  графически оформлять в координатах Е – рН.

Диаграмму Пурбе строят для четырех значений концентрации, отличающихся на два порядка: 10^-6, 10^-4, 10^-2, 10⁰.

1) В кислых растворах при анодной поляризации на цинковом электроде идет реакция с образованием простых гидратированных ионов цинка:  Zn = Zn²⁺ + 2e.

Равновесный потенциал этой реакции не зависит от рН: 

1      -определение числа протекторов.

1.    - определение срока служба протекторов.

2.    - определение зоны действия одного протектора.

          По исходным данным произвести расчет параметров протекторной защиты.

 Рассчитать:

площадь днища резервуара –F(м²);

переходное сопротивление резервуар – грунт -  (Ом);

силу тока  I( А);

из таблицы  найти массы одного протектора с активатором (кг) и без активатора (кг);

сопротивление растеканию тока с одиночного протектора при N=1 и ;

сопротивление соединительного провода   (Ом); =10 м;

определить ориентировочное число протекторов; E_n= 1.6, E_ест =0.55.      

по табл. найти коэффициент экранирования;

окончательное число протекторов N=;

определить анодную плотность тока J= ;

рассчитать силу тока протектора I_п=;

определить срок службы протекторов Тс=; g=3.97

рассчитать ожидаемый срок службы протектора с учётом отложения солей и образования продуктов коррозии. 

Вариант

,м

,Ом.м

B,м

,м

,м

,м

,м

Тип резервуара

Тип протектора

3

10

10

10

0.8

0.127

0.6

0.2

РВС10000

ПМ10

Таблица 1.

Таблица2.

Таблица 3.

Решение

1. Определяем площадь резервуара.

F_p=π* D_р²/4 где

D_р- диаметр днища резервуара.

F_p=3,14* 10² /4=78,5 м²

2.Определяем сопротивление «резервуар грунт».

R_рг=3*r_гр/ D_р(D_р+В)где

.........................

Решение

Требуемый объём катализатора находится по формуле:

.....

Перечислите все стадии метода, а также условия, которые необходимо соблюдать и избегать.

Решение

Общая технологическая схема приготовления контактных масс методом сухого смешения включает последовательный ряд основных операций:

Для приготовления растворов исходных веществ либо используют готовые кристаллические соли, либо растворяют соответствующие оксиды, гидроксиды, карбонаты в кислотах или щелочах.

 Растворение проводят в реакторах с механическим или пневматическим перемешиванием. Возможно применение противоточных смесителей (например, шнековых) с механическим перемещением твердого материала навстречу потоку растворителя............

.......

Решение

 Найдем плотность бензина при температуре t=9⁰С по формуле Менделеева:

где а – температурная поправка к плотности......