题目
硝化混酸配制过程的物料衡算。已知混酸组成为H2SO4 46%(质量百分比,下同)、HNO3 46%、H2O 8%,配制混酸用的原料为92.5%的工业硫酸、98%的硝酸及含H2SO4 69%的硝化废酸。试通过物料衡算确定配制1000kg混酸时各原料的用量。为简化计算,设原料中除水外的其它杂质可忽略不计。
硝化混酸配制过程的物料衡算。已知混酸组成为H2SO4 46%(质量百分比,下同)、HNO3 46%、H2O 8%,配制混酸用的原料为92.5%的工业硫酸、98%的硝酸及含H2SO4 69%的硝化废酸。试通过物料衡算确定配制1000kg混酸时各原料的用量。为简化计算,设原料中除水外的其它杂质可忽略不计。
题目解答
答案
解:混酸配制过程可在搅拌釜中进行。以搅拌釜为衡算范围,绘出混酸配制过程的物料衡算示意图。
解:取设备为衡算体系,1000千克混酸为计算基准
对HNO3进行物料衡算得:0.98 G硝酸= 0.46×1000 (a)
对H2SO4进行物料衡算得:0.925 G硫酸+ 0.69G废酸=0.461000 (b)
对H2O进行物料衡算得:
0.02G硝酸+0.075G硫酸+0.31G废酸=0.08×1000 (c)
解得:G硝酸=469kg, G硫酸=399.5kg, G废酸=131.1kg
混酸配制过程的物料平衡表(见下图 )
解析
步骤 1：确定衡算体系和计算基准
取设备为衡算体系，1000千克混酸为计算基准。
步骤 2：对HNO3进行物料衡算
根据质量守恒定律，硝酸的输入量等于输出量。设G硝酸为硝酸的用量，98%的硝酸中HNO3的质量分数为0.98，配制的混酸中HNO3的质量分数为0.46，因此有：
0.98 G硝酸 = 0.46 × 1000
步骤 3：对H2SO4进行物料衡算
设G硫酸为硫酸的用量，92.5%的硫酸中H2SO4的质量分数为0.925，配制的混酸中H2SO4的质量分数为0.46，因此有：
0.925 G硫酸 + 0.69 G废酸 = 0.46 × 1000
步骤 4：对H2O进行物料衡算
设G废酸为废酸的用量，98%的硝酸中H2O的质量分数为0.02，92.5%的硫酸中H2O的质量分数为0.075，69%的废酸中H2O的质量分数为0.31，配制的混酸中H2O的质量分数为0.08，因此有：
0.02 G硝酸 + 0.075 G硫酸 + 0.31 G废酸 = 0.08 × 1000
步骤 5：求解方程组
联立上述三个方程，求解G硝酸、G硫酸和G废酸的值。
取设备为衡算体系，1000千克混酸为计算基准。
步骤 2：对HNO3进行物料衡算
根据质量守恒定律，硝酸的输入量等于输出量。设G硝酸为硝酸的用量，98%的硝酸中HNO3的质量分数为0.98，配制的混酸中HNO3的质量分数为0.46，因此有：
0.98 G硝酸 = 0.46 × 1000
步骤 3：对H2SO4进行物料衡算
设G硫酸为硫酸的用量，92.5%的硫酸中H2SO4的质量分数为0.925，配制的混酸中H2SO4的质量分数为0.46，因此有：
0.925 G硫酸 + 0.69 G废酸 = 0.46 × 1000
步骤 4：对H2O进行物料衡算
设G废酸为废酸的用量，98%的硝酸中H2O的质量分数为0.02，92.5%的硫酸中H2O的质量分数为0.075，69%的废酸中H2O的质量分数为0.31，配制的混酸中H2O的质量分数为0.08，因此有：
0.02 G硝酸 + 0.075 G硫酸 + 0.31 G废酸 = 0.08 × 1000
步骤 5：求解方程组
联立上述三个方程，求解G硝酸、G硫酸和G废酸的值。