Ўзбекистон республикаси олий ва ўрта махсус таълим вазирлиги тошкент кимё-технология институти «ноорганик моддалар кимёвий технологияси»

Эришилган натижа шуни кўрсатадики: Х^(х)_мшод≠Х^(б)_мшод яъни, мувозанат шароитида оксидланиш даражаси (м.ш.о.д)нинг берилган ва ҳисобланган қийматлари бир-бирига тенг эмас.

Энди Х^(б)_мшод =0,4478 учун (1) тенгламани ечамиз:

4. Х^(х) _мшод =

Эришилган натижа шуни кўрсатадики: Х^(х)_мшод≠Х^(б)_мшод яъни, мувозанат шароитида оксидланиш даражаси (м.ш.о.д)нинг берилган ва ҳисобланган қийматлари бир-бирига тенг эмас.

Энди Х^(б)_мшод = 0,4658 учун (1) тенгламани ечамиз:

5. Х^(х)_мшод =

(б) Хм.ш.о.д	0,6879	0,4479	0,4658
(х) Хм.ш.о.д	0,4479	0,4658	0,4645

Масала №8. Олтингургут икки оксидини олтингургут уч оксидига оксидлаш жараёни мувозанат доимийси ва тезлигини аниқлаш ҳисоблари

Масаланинг шарти:

Ваннадий катализатори сиртида SO₂ ни SO₃ га оксидлаш жараёни тезлиги ва мувозанат доимийси ҳисоблансин, агарда катализаторни активланиш энергияси Е = 22400 ккал/мол, амалий оксидланиш даражаси х =0,55 б.у бўлса, харорат t = 510⁰С бўлса, SO₂ ни у.г таркибидаги миқдори Р_SO2=10% (x), Р_O2= 11% (х) у.г босими Р-1 атм, универсал газ доимийси R =1,98 ккал /мол град, катализатор доимий сони К₀ =9,0*10⁶ бўлса, натурал логарифм асоси е=2,72; А¹=4905,5; В¹=6,1734 га тенг бўлса, тезлик доимийси аниқлансин.

Берилган:

1. Р_SO2 = 11% (х) =а
2. Р_O2 = 11%(х) =в
3. Е =22400 ккал /мол
4. t = 510⁰C
5. К₀ = 9,0*10⁶
6. R = 1,98 ккал/мол
7. е = 2,72
8. А¹ = 4905,5
9. В¹ = 6,1734
10. X = 0,55

Масаланинг ечими:

1. Мувозанат доимийсини қуйидаги тенглама орқали ҳисоблаймиз.
lgКм.д
lgКм.д = 1,6 ни антилогорфмлаб
Км.д =40

2. Аррениус тенгламасидан фойдаланиб тезлик доимийсини ҳисоблаймиз.

Кт.д К₀*е^-Е/RT =9*10⁶*2,72^{22400/1,98*783} =4,9
3. SO₂ ни SO₃ га оксидланиш тезлигини Боресков тенгламасидан фойдаланиб аниқлаймиз:

Бу ерда:
а=Р_(SO2) в=Р_(O2)

Х^(х)_мшод – мувозанат шароитидаги оксидланиш даражаси. Уни миқдорини масала №7 дан ўрнига қўйиш усули билан қуйидаги тенглама орқали ечамиз.

Х^(х)_мшод=

1. Х^(б)_мшод= X
X =0,9126

2. Х^(б)_мшод деб қабул қиламиз ва:

Х^(х)_мшод= =0,9122

3. Х^(б)_мшод деб қабул қиламиз ва:

Х^(х)_мшод = =0,9122

4. Олинган натижалар асосида қуйидаги жадвални тузамиз:

Х^(б) мшод	0,8917	0,9126	0,9122
Х^(х) мшод	0,9126	0,9122	0,9122

5. Бу жадвал асосида Х^(х)_мшод =f (Х^(б)_мшод) графигини тузамиз:

Х^(х)=м.ш.о.д.



<sub>0,9122

Х^(б)=м.ш.о.д.

0,9122</sub>


0,9122

6. Бу графикни абцисса ва ордината томонларини АС чизиғида циркул билан ўлчаш натижасида Х^(х)_мшод= Х^(б)_мшод = 0,9122 эканини топамиз. демак, Х_мшод = 0,9122.

7. Юқоридаги сонларни Боресков тенгламасига қўйиб, SO₂ ни SO₃ га оксидланиш тезлигини ҳисоблаймиз:

1. Юқоридаги жадвал натижалари асосида Х^(х)_мшод=f(Х^(б)_мшод) функциясини арифметик шкалаларда тузамиз. (1-расм)

Х^(х)_мшод

_{0 ,6900
0 ,6400
0 ,5900
0 ,5400
0 ,4900}

0,4400 0,4900 0,5400 0,6400 0,6900
Х^(б)_мшод

1-расм. Х^(х)_{мшод =} f (Х^(б)_мшод) функцияси диаграммаси.

7.А,В ва С нуқталарни бирлаштириб АВ тўғри чизиқни ҳосил қиламиз.
8. Бу АС тўғри чизиғида орината ва обсцисса томонларини циркулда ўлчаб, шундай ягона бир D нуқтани топамизки, у ерда Х^(х)_{мшод =} Х^(б)_мшод тенг бўлади. Демак, юқоридаги берилган шароитларда SO₂ ни SO₂ га мувозанат шароитидаги оксидланиш даражаси миқдори =Х^(х)_мшод =0,4651 га тенг экан.

МАСАЛА №9

Атмосфера ҳавосини ажратиш технологик хисоблари.


Қуйидаги шароитлар учун, яъни ажратилаётган хавонинг ҳарорати +12⁰С ва нормал шароит учун умумий соатбай сарфи, хаво бўйича турбакомпрессорнинг унумдорлиги ҳисоблансин.

1. 
   Технологик О₂ буйича ажратиш қурилмаларининг унумдорлиги
   

V₀=12500 м³/соат

2. 
   Бу технологик О₂ кислород ҳарорати t₁=+20^оС
   
3. 
   Бу технологик О₂ ишлаб чиқариш босими Р₁=1атм.
   
4. 
   О₂ нинг регенератордан кейинги концентрацияси С=95,5% О₂
   
5. 
   Чиқинди азотнинг регенератор олдидаги концентрацияси
   

C=98,5%(х) N₂

6. 
   Пастки ректификацион қурилмадаги суюқ азотнинг миқдори.
   

X_R=0,62 моль улуши

7. 
   N₂ нинг суюқ азот флегмаси-га миқдори X_N2=0,985 моль улуши.
   
8. 
   N нинг газли N₂ миқдори Y_A=0,985 моль улуш.
   
9. 
   N₂ газли (буғли) О₂ даги микдори Y_K=0,045 моль
   
10. 
    Атмосфера хавосининг таркиби P=79,1% (х) N₂
    
11. 
    Атмосфера хавосининг курилмадаги йўколиши h=6% (х)
    

Ечилиши
Масалани ечиш учун хавони ажратиш қурилмасини 1 м³ хавога нисбатан моддий баланси тенгламасини тузамиз.

1=К+А (1)

бу ерда: -К ишлаб чиқариланган кислороднинг микдори м³ да
-А ишлаб чиқарилган азотнинг микдори.


Умуман олганда атмосфера хавоси бу компонентларга уларнинг қайнаш температуралари хар-хиллиги туфайли ректификацион минораларда ажратилади. Яъни 1 атм. босимда суюқ кислороднинг қайнаш тем-си: t_қО₂= -183,5^oC. Азотнинг қайнаш тем-си: t_қN₂=-195,2^oc. Улар орасидаги фарк t= -12^oC
1-тенгламани паст хароратли компонент яъни N₂ нинг миқдори бўйича қайта тузиб чиқамиз.


1× P_N2% =K×Y_k+Y_a [2]
100%
1×79,1%=K×Y_k+Y_a
100%
0,791=K×Y_k+A×Y_a [3]


1;2 ва 3 тенгламалардан фойдаланиб О₂ ни миқдорини аниқлаймиз.


K=Y_a-0,791
Y_a-Y_k
Яъни азотнинг миқдорини топиш тенгламасини туздик.


К=0,985-0,791 =0,2062 м³ О₂
0,985-0,0045
Чиқиб кетаётган азот миқдорини 1-тенгламадан фойдаланиб ҳисоблаймиз.
А=1-К=1-0,2062=0,7938 м³ N₂
Бу ерда хавони ажратиш курилмасининг хаво буйича ишчи шароитдаги, яъни t₁=20⁰C; Р₁=1атм. учун унумдорлигини ҳисоблаймиз.


V₁=V_o=25001 =60600 м³ хаво/соат
К 0,2062


Нормал шароит учун хавони ажратиш қурилмасининг хаво бўйича унумдорлигини хисоблаймиз.


t_o=0⁰C; P₀=1атм. Учун. Менделеев-Клапейрон тенгламасидан фойдаланган холда:


P₀×V₀×T₁=P₁×V₁×T₀


V₀=P₁×V₁×T₀=1×60600×273=56500 нм³ хаво/соат
P₀×T₁ 1×293


Хавони ажратиш қурилмасидаги хавони йўқолишини эътиборга олган холда турбокомпрессорнинг унумдорлигини ҳисоблаймиз. Нормал шароит учун:
V₁¹×V₁×(1+h%)=64200 м³ хаво/соат
100%
Ишчи шароитдаги турбокомпрессорнинг хаво бўйича унумдорлигини хисоблаймиз:
V₀¹=V₀×(1+h%)=59900 нм³ хаво/соат
100%

МАСАЛА №10

Метан конверсияси натижасида ҳосил бўлувчи аралашмани мувозанат шароитидаги таркибини аниклаш хисоблари.

Синтетик NH₃ ишлаб чиқариш учун мўлжалланган, яъни водород ишлаб чиқаришда конвертрланган газларнинг мувозанат шароитлардаги таркиби ҳисоблансин.
СН₄ нинг конверсияси сув буғи ва 40% гача кислород билан бойитилган хаво билан амалга ошади, ҳамда табиий газ, сув буғи ва хаво компонентлари яъни (О₂ ва N₂) нинг дастлабки аралашмада нисбатлари қуйидагича бўлса:
Дастлабки маълумотлар.
1.CH₄:H₂O_(б):O₂:N₂=1:1:0,6:0,9
2. Кулланган хавонинг таркиби.
А) РО₂=40% (х) О₂
Б) РN₂=60% (х) N₂
3. Конверсия жараёнининг температураси.
Т=1100 К (t=827⁰C)
4. Жараёнларнинг умумий босими.
Р_ум=1 атм.
Ечилиши.
Бу масалаларни ечиш учун табиий газни 2 босқичли конверсиялаш жараёнида кетиши мумкин бўлган кимёвий реакцияларни ёзамиз.


СН_{4 (г)}+Н₂О_(б)=СО_(г)+Н_{2 (г)}-49,3 ккал/г моль
Н_{2 (г)}+О_{2 (г)}=2Н₂О_(б)+1,5×10⁸ ккал/г моль
СО_(г)+Н₂О_(б)=СО_2(г)+9,8 ккал/г моль


Бу масалани ечиш учун қуйидаги реакциялар мувозанат доимийларини топиш тенгламаларини ёзамиз.


К м×д.1=Рсо×Рн₂ =313
Рсн₄×Рн₂о_(б)
К м×д×2=Р²н₂о_(б)=1,5×10¹⁵
Р²н₂×Ро₂
К м×д×3=(Рсо₂×Рн_2(г))/(Рсо×Рн₂о_(б))=0,943


Юқоридаги реакциялар мувозанат доимийси миқдорини солиштириш 1100 К учун шуни кўрсатадики 2-реакция амалий жиҳатдан қайтмас экан ва ўнгга батамом силжиган. Шунинг учун биз мувозанат шароитларида газ аралашмалари таркибини хисоблашда (1) ва (3) кимёвий реакциялардан фойдаланамиз. Чунки улар амалий жиҳатдан қайтар. Шундай қилиб, ҳосил қилинаётган газ фазасида О₂ молекулалари деярли бўлмас экан. Масалани ечиш учун (1) реакция бўйича СН₄ нинг реакцияга киришаётган молекулалар сонини b билан белгилаймиз. (3) реакция буйича СО₂ га киришган молекулалар сонини a билан белгилаймиз ва қуйидаги жадвалда реакцияга киришган ва реакция жараёнида ҳосил бўлган кимёвий моддалар молекулалар сонини, ҳамда улар улушли босимларини ҳисоблаб кўрсатамиз.

СН4	1	1-b	(1-b)/(2b+0,9)=Рсн4
Н2О	1	1-b-a+2×0,6	(1-b-a+2×0,6)/(2b+0,9)=Рн2о
О2	0,6	-----	------
СО2	--	a	a/(2b-0,9)=Рсо2
СО	--	b-a	(b-a)/(2b+0,9)=Рсо
Н2	--	3b+a-2×0,6	(3b+a-2×0,6)/(2b+0,9)=Рн2
N2	0,9	0,9	0,9/(2b+0,9)=РN2
Жами	3,5 кг/мол	2b+0,9 мол	1

Бу жадвалдаги b, a ва бошқа улушли босимларни ҳисоблаш учун биз жадвалдаги улушли босимлар қийматларини қуйида кўрсатилган кимёвий реакциялар мувозанат доимийсини топиш тенгламаларига қўйиб 2 номаълумли тенгламалар системасини тузамиз ва уларни ечиб a ва b миқдорини хисоблаймиз.


Км.д₁ = (Р_СО×Р²_Н2)/(Р_СН4×Р_Н2О)=(b-a)(3b+a-2×0,6)³×(2b+0,9)(Р+0,9)/(2b+0,9)× (2b+0,9)×(1-b)×(1-b-a+2×0,6)=313


Км.д₂=(Рсо₂×Рн₂)/(Рсо×Рн₂о)=a×(3b+a-2×0,6)×(2b+0,9)×(2b+0,9)/(2b+0,9)× (2b+0,9)×(b-a)×(1-b-a+2×0,6)=0,943


Бу тенгламалар охирига 1100 К даги мувозанат доимийси микдорини қўллаймиз, натижада 2 номаълумли тенгламалар системасини ҳосил қиламиз. Биз бу тенгламаларни соддалаштириш ва ўрнига қўйиш усули билан аниқлаймиз.
Натижада b=0,999 кг/мол СН₄ реакцияга киришаётган, a=0,291 кг/мол СО₂ ҳосил бўлганлигини аниқлаймиз. Бу сонлардан фойдаланиб СН₄ конверсияси жараёнининг мувозанат шароитидаги қурук газ таркибини ҳисоблаб топамиз. Икки хил ўлчов бирликларида яъни кг/мол ва хажми % да қуйидаги жадвални тузамиз.

компонентлар	тенгламалар	Кг/моль	%
СН4	1-b	0,001	(0,001*100)/3,988=0,025
СО	b-a	0,708	17,66
СО2	a	0,291	7,315
Н2	3b+a-2*0,6	2,088	52,50
N2	0,9	0,9	22,50
жами		3,988	100,00

Метанни хажмини % да топиш учун кг/мольни суммага бўлиб, 100 га купайтирамиз. Қуйидаги жадвалларда конвертирланган қуруқ газларнинг таркибида келтирилган, конверсия жараёнида мувозанат шароитидаги сув буғларининг миқдорини аниқлаймиз.


Н₂О=1- 0,999-0,291+2×0,6=0,91 кг/моль Н₂О _(б)


СО газининг сув буғи билан конверсияси натижасида 1 кг/моль Н₂ ҳосил бўлади. Шуни эътиборга олган холда, техтонологик ҳисобларда қуруқ конверсияланган газ таркибидаги СО+Н₂ миқдори йиғиндисини азот миқдорига йиғиндисини аниқлаймиз.


N₁=(CO+H₂)/N₂=(17,66+52,50%)/22,50%=3,12


Бу ерда шуни эсламок керакки СН₄ ни конверсияси натижасида хосил бўлган СО гази 1чи конверсиялангандан кейин 2чи конверсияга хам юборилади.


СО+Н₂О=СО₂+Н₂+Q
1чи тенгламага мувофик СО га тенг микдорида Н₂ ҳосил бўлиши мумкин. Бу вақтда ҳосил бўлган 3,12 сони Н₂ ни N₂ га нисбати NH₃ ишлаб чиқариш учун керак бўлган нисбатга жуда яқин, чунки синтетик аммиак қуйидаги реакция орқали ишлаб чиқарилади:


3H₂+N₂=2NH₃+Q


ва бу ерда Н₂ ни N₂ га назарий нисбатлари
n₂=H₂/N₂=3/1=3,00
бу назарий реакциялар учун.
Энди бу конвертрланган газ таркибидаги сув буғини қуруқ газ аралашмасига нисбатларини аниқлаймиз.


n₃=H₂O/сумма=0,91/3,988=0,228


Бу олиган натижалар амалиётдагига жуда яқин.
МАСАЛА №11
NH₃ ни синтез қилиш учун зарур бўлган хом-ашёлар сарфини аниқлаш ҳисоблари.


Кунига 1200т NН₃ ишлаб чиқариш учун зарур бўлган тоза N₂ ва H₂ нинг соатбай сарфлари аниклансин. Агарда дастлабки хом-ашё орасидаги водородни азотга нисбати. Н₂:N₂=3:1 бўлса, қурилманинг ташлаб юбориладиган пуфловчи газлар ҳажми n=3% (х) бўлса.
Вақт ўтиши билан инерт газлар миқдори ошиб кетади ва бу эса N₂ ва H₂ нинг фойдали улушли босимини камайтиришга олиб келади. Бу эса яхши эмас. Шунинг учун бир қисм газ аралашмаси ҳавога пуфланиб турилади.

Масаланинг ечими.

Масалани ечиш учун NH₃ ни синтез килиш реакциясини ёзамиз.
3H₂+N₂=2NH₃+Q
Амалиётда қўлланиладиган H₂ ва N₂ таркибида хар хил инерт газлар: Ar, Kr, He, Xe ва хоказолар бўлади. NH₃ синтезида циклик қурилма ишлатилаётганлиги учун газ аралашмаси таркибида

1. 
   Қурилманинг аммиак буйича соатбай унумдорлигини аниклаймиз.
   

m₂=m₁(т/кун)/24соат=1200/24=50т NH₃/соат

2. 
   Соатига 50т аммиак ишлаб чиқариш учун керак бўлган водороднинг назарий сарфини аниқлаймиз. Қуйидаги реакция асосида реакцияда қатнашувчи ва мос бўлувчи моддалар молекуляр массаларини хисоблаймиз:
   

3H₂+N₂=2NH₃+Q


шу ердан келиб чиқиб Н₂ ни сарфини аниқлаймиз.


m₃=m₂(т/соат)/2*17=3,82т Н₂/соат

3. 
   Сарф бўлаётган Н₂ нинг назарий ҳажмини ҳисоблаймиз.
   

Vн₂=(m₃т/соат*22,4м³*1000)/6т=98784м³ Н₂/соат

4. 
   N₂ нинг назарий ҳажмий сарфини аниқлаймиз.
   

VN₂=Vн₂/3=32928м³ N₂/соат

5. 
   Н₂ ни амалий сарфини аниқлаймиз.
   

Vн₂=Vн₂(1+(h% /100%))=101747,52 м³ Н₂/соат

6. 
   Синтетик NH₃ ишлаб чиқариш учун N₂ нинг амалий сарфини ҳисоблаймиз.
   

VN₂=VN₂(1+(h%/100%))=33915,84 м³ N₂/соат.