Рассчитать материальный баланс хлоратора в производстве хлорбензола (1 т), если состав жидких продуктов (в массовых долях) следующий: бензола – 0,65, хлорбензола – 0,32, дихлорбензола – 0,025, трихлорбензола – 0,005. Массовая доля С6Н6 в техническом бензоле – 0,975, массовая доля Cl2 в техническом хлоре – 0,98. Дано: m(С6Н5Cl) = 1000 кг ω(С6Н6) = 0,65 ω(С6Н5Cl) = 0,32 ω(С6Н4Cl2) = 0,025 ω(С6Н3Cl3) = 0,05 ωт(С6Н6) = 0,975 ωт(Cl2) = 0,98 Решение: 1) Найдем молярные массы веществ: M(С6Н6) = 78 M(С6Н5Cl) = 112,5 M(С6Н4Cl2) = 147 M(С6Н3Cl3) = 181,5 M(HCl) = 36,5 M(Cl2) = 71 2) При хлорировании протекают следующие реакции: C6H6 + Cl2 → C6H5Cl + HCl (1) C6H5Cl + Cl2 → C6H4Cl2 + HCl или C6H6 + 2Cl2 → C6H4Cl2 + 2HCl (2) C6H4Cl2 + Cl2 → C6H3Cl3 + HCl или C6H6 + 3Cl2 → C6H3Cl3 + 3HCl (3) 3) Находим массу смеси и ее компонентов: Так как масса C6H5Cl равно 1000 кг, а его содержание в смеси равно 0,32, следовательно, масса смеси m(смеси) = 1000/0,32 = 3125 кг. Отсюда, масса дихлорбензола m(C6H4Cl2) = 3125•0,025 = 78,13 кг, масса трихлорбензола m(C6H3Cl3) = 3125•0,005 = 15,63 кг 4) Находим массу бензола, израсходованного по реакциям 1, 2 и 3: x 1000 кг По реакции (1): C6H6 + Cl2 → C6H5Cl + HCl M = 78 M = 112,5 x 78,13 кг Аналогично, по реакции (2): C6H6 + 2Cl2 → C6H4Cl2 + 2HCl M = 78 x M = 147 15,63 кг По реакции (3): C6H6 + 3Cl2 → C6H3Cl3 + 3HCl M = 78 M = 181,5 5) Находим общее количество чистого и технического бензола. – количество чистого бензола, вступившее в реакции 1, 2 и 3: 693 + 41,5 + 6,7 = 741,2 кг – количество непрореагировавшего бензола: 3125•0,65 = 2031,25 кг – общее количество чистого бензола: 741,2 + 2031,25 = 2772,4 кг – общее количество технического бензола: 2772,45/0,975 = 2843,5 кг – количество примесей в бензоле: 2843,5 – 2772,4 = 71,1 кг 6) Находим количество образовавшегося HCl по реакциям 1, 2 и 3. 1000 кг x По реакции (1): C6H6 + Cl2 → C6H5Cl + HCl M = 112,5 78,13 кг M = 36,5 x По реакции (2): C6H6 + 2Cl2 → C6H4Cl2 + 2HCl M = 147 15,63 кг M = 36,5 x По реакции (3): C6H6 + 3Cl2 → C6H3Cl3 + 3HCl M = 181,5 M = 36,5 Общее количество образовавшегося HCl равно 324 + 38,8 + 9,4 = 372,2 кг 7) Находим расход хлора по реакциям 1, 2 и 3. 1000 кг x По реакции (1): C6H6 + Cl2 → C6H5Cl + HCl М = 71 x M = 112,5 78,13 кг По реакции (2): C6H6 + 2Cl2 → C6H4Cl2 + 2HCl М = 71 M = 147 x 15,63 кг По реакции (3): C6H6 + 3Cl2 → C6H3Cl3 + 3HCl М = 71 M = 181,5 Общее количество чистого хлора равно 631,1 + 75,8 + 18,3 = 724,9 кг Количество технического хлора равно 724,9/0,98 = 739,7 кг Количество примесей в хлоре: 724,9 – 739,7 = 14,8 кг 8) Составим материальный баланс. Материальный баланс хлоратора бензола (на 1 т хлорбензола): Приход Технический бензол кг 2843,5 в том числе: чистый бензол 2772,4 Расход кг Хлорбензол 1000 Дихлорбензол 78,13 Трихлорбензол 15,63 примеси 71,1 Бензол непрореагир. Технический хлор 739,7 Примеси к бензолу 71,1 чистый хлор 724,9 Хлороводород 372,2 примеси 14,8 Примеси к хлору 14,8 2031,25 в том числе: Итого: 3583,2 3583,1
