Давайте подробно решим задачу по шагам.
Дано:
- Масса нефтепродуктов, \( m_{\text{нефти}} = 5,4\, \textт \) = 5400 кг
- Содержание серы в нефти, \( m_{\text{серы}} = 1,8\% \) от массы нефти
- Эффективность метода, \( \eta = 47\% = 0,47 \)
Шаг 1. Найдём массу серы в нефти
Масса серы:
\[ m_{\text{серы}} = \frac{1,8}{100} \times 5400\, \text{кг} = 0,018 \times 5400 = 97,2\, \text{кг} \]
Шаг 2. Определим количество серы, которое необходимо утилизировать
При сгорании нефти выделяется сернистый газ \( \text{SO}_2 \).
В реакции:
\[ \text{S} + \text{O}_2 \rightarrow \text{SO}_2 \]
Молярная масса:
- S = 32 г/моль
- O = 16 г/моль
- \( \text{SO}_2 \) = 32 + 2×16 = 64 г/моль
На 1 моль серы выделяется 1 моль \( \text{SO}_2 \), то есть:
- Масса серы в 1 моль = 32 г
- Масса \( \text{SO}_2 \) в 1 моль = 64 г
Шаг 3. Определим массу выделяемого SO₂
Масса SO₂, выделяемая из всей серы:
\[ m_{\text{SO}_2} = \frac{64}{32} \times m_{\text{серы}} = 2 \times 97,2\, \text{кг} = 194,4\, \text{кг} \]
то есть полностью сгоряющая вся сера даст 194,4 кг \( \text{SO}_2 \).
Шаг 4. Учтём эффективность метода
Эффективность (47%) означает, что только часть СО₂ реально удаляется. Значит, чтобы удалить весь выделившийся СО₂, необходимо реагировать с более высоким количеством оксида.
Обозначим:
- Масса оксида магния, который нужно добавить, как \( m_{\text{MgO}} \).
Реакция:
\[ \text{MgO} + \text{SO}_2 \rightarrow \text{MgSO}_3 \]
или по стехиометрии, для улавливания 1 моль SO₂ нужен 1 моль MgO.
Шаг 5. Найдём массу MgO, необходимую для улавливания серы
- На 1 моль SO₂ (64 г) требуется 1 моль MgO (40 г)
- Таким образом, масса MgO на массу SO₂:
\[ m_{\text{MgO}} = \frac{40}{64} \times m_{\text{SO}_2} \approx 0,625 \times 194,4\, \text{кг} \approx 121,5\, \text кг \]
Это — масса MgO, необходимая для улавливания всей серы, если бы вся сера контактила со всей объемом MgO.
Но т.к. эффективность метода составляет 47%, то для удаления всей выделившейся серы требуется в 1/0,47 раз больше MgO:
\[ m_{\text{MgO, необходимая}} = \frac{121,5}{0,47} \approx 258,5\, \text{кг} \]
Ответ:
Масса оксида магния, необходимая для удаления сернистого газа при обработке 5,4 тонны нефти с содержанием серы 1,8%, при эффективности метода 47%, составляет приблизительно 259 кг.
Если нужно более точное число или дополнительное объяснение — скажите!