Давайте пошагово решим задачу и разберёмся, что требуется сделать.
Шаг 1. Определим количество серы в нефтепродуктах.
Дано: масса нефтепродуктов = 3,8 т = 3800 кг
Процент серы = 1,8%
Масса серы:
\[ m_{S} = \frac{1,8}{100} \times 3800\, \text{кг} = 0,018 \times 3800 = 68,4\, \text{кг} \]
Шаг 2. Определим, сколько серы должно быть удалено, с учётом эффективности метода.
Эффективность метода = 47% = 0,47
Это означает, что для удаления всей серы нужно в два раза больше вещества, чем теоретически необходимо, потому что только часть реагента участвует в реакции.
Общее количество серы, которая должна быть «загрязнителем», чтобы обеспечить 47% удаления:
\[ M_{\,S,\text{удаляемая}} = \frac{m_{S}}{\text{эффективность}} = \frac{68,4\, \text{кг}}{0,47} \approx 145,53\, \text{кг} \]
Но на самом деле — правильно рассчитать массу hydrate, которая потребуется для удаления всей серы, потому что гидроксид кальция реагирует со сернистым газом (SO₂), образуя сульфит кальция и так далее.
Шаг 3. Реакция между гидроксидом кальция и сернистым газом.
Сернистый газ (SO₂) реагирует с гидроксидом кальция (Ca(OH)₂):
\[ 2\, \text{Ca(OH)}_2 + \text{SO}_2 \rightarrow \text{CaSO}_3 + 2\, \text{Ca(OH)}_2 \]
Вообще, со сгоранием серы образуется сернистый газ (SO₂), который далее улавливается гидроксидом кальция.
Количество серы в виде SO₂:
Молекулярные массы:
- S = 32 г/моль
- Ca(OH)₂ = 40 + 2×16 + 2×1 = 74 г/моль
- SO₂ = 32 + 2×16 = 64 г/моль
Масса серы — 68,4 кг, это равно массе атомов S.
Молярная масса S = 32 г/моль,
следовательно, по молям:
\[ n_{S} = \frac{68400\, \text{г}}{32\, \text{г/моль}} = 2137,5\, \text{моль} \]
Объемное количество SO₂, которое образовалось:
Поскольку при сгорании серы полностью преобразуется в SO₂, молярное отношение: 1 моль S даёт 1 моль SO₂.
Шаг 4. Определим количество гидроксида кальция, необходимое для улавливания этого SO₂.
При реакции:
\[ \text{SO}_2 + \text{Ca(OH)}_2 \rightarrow \text{CaSO}_3 + \text{H}_2O \]
На 1 моль SO₂ требуется 1 моль Ca(OH)₂.
Всего нужно:
\[ n_{\text{Ca(OH)}_2} = n_{SO_2} = 2137,5\, \text{моль} \]
Масса Ca(OH)₂:
\[ m_{\text{Ca(OH)}_2} = n \times M = 2137,5 \times 74\, \text{г} \approx 158,1\, \text{кг} \]
Шаг 5. Итог.
Итак, для удаления всей серы потребуется примерно 158,1 кг гидроксида кальция, учитывая 100% реакцию.
Но с учетом эффективности метода (47%), необходимо в 1/0,47 ≈ 2,13 раза больше гидроксида:
\[ m_{\text{Ca(OH)}_2,\text{принято}} = 158,1\, \text{кг} \times 2,13 \approx 336,8\, \text{кг} \]
Итцуальный ответ:
Масса гидроксида кальция, необходимая для удаления сернистого газа при сгорании 3,8 т нефтепродуктов с содержанием серы 1,8%, с учетом эффективности метода 47%, составляет примерно 337 кг.