Kwas tereftalowy otrzymuje się przez katalityczne utlenianie p-ksylenu powietrzem w roztworze kwasu octowego, wobec octanu kobaltu i promotora - bromku sodu, w 150 °C i pod 1,53 MPa. Kwas wytrąca się jako ciało stałe, oddziela na wirówce i oczyszcza, a kwas octowy z katalizatorem wraca do reaktora po destylacji. Trzeba wypełnić kartę technologiczną, opisać schemat ideowy i schemat instalacji, policzyć dobowe zapotrzebowanie na p-ksylen, tlen, powietrze, katalizator i kwas octowy, zestawić parametry w punktach kontroli oraz przepisać z karty charakterystyki środki ochrony i sposoby udzielania pierwszej pomocy.
Model „d”, czyli dokumentacja na papierze. Zdający wpisuje ręcznie do tabel wydrukowanych w arkuszu nazwy procesów, operacji i aparatów, równania reakcji, wartości parametrów, obliczenia i środki ochrony indywidualnej. W podglądzie tłem jest strona arkusza, wpisy zdającego są granatowe i odręczne, a pola wpisane w bieżącym kroku są podświetlone na żółto. Kroki idą za kolejnością tabel w arkuszu, a w obrębie tabeli - za kryteriami klucza.
Skąd brać odpowiedzi. Prawie wszystko jest w arkuszu: opis procesu (równania, parametry, aparaty), wykaz danych technologicznych (masy molowe, gęstości, wydajność), schematy i wyciąg z karty charakterystyki. Obliczenia policzyłem w skrypcie i porównałem z kluczem oceniania CKE; zaokrąglam tak, jak każe arkusz, i do kolejnego etapu biorę wynik już zaokrąglony. Wpisy słowne są sprawdzone z tekstem kryteriów klucza. Indeksy we wzorach piszę jako indeksy dolne (H₂O) - na egzaminie tak samo, odręcznie.
To jedno z możliwych rozwiązań: objętość tlenu można liczyć z masy p-ksylenu albo z masy kwasu tereftalowego - w obu przypadkach wychodzi 9327 m³. Każdy wynik zaokrąglam do liczby całkowitej i to zaokrąglone wyniki biorę do kolejnych etapów, jak każe uwaga nad tabelą 4.
Jak liczą się punkty. Klucz ma 46 kryteriów w 6 rezultatach, każde za 1 punkt. Próg zdania części praktycznej to 75%, czyli 35 punktów - można stracić 11 kryteriów i nadal zdać. Najwięcej punktów (po 10) dają karta technologiczna i opis schematu ideowego.
Kroki 1-4 · po tym etapie masz 10 z 46 kryteriów (pkt)
Na podstawie opisu procesu technologicznego oraz wykazu danych technologicznych opracuj kartę technologiczną procesu produkcji kwasu tereftalowego (kwasu benzeno-1,4-dikarboksylowego) – Tabela 1.
Proces: produkcja kwasu tereftalowego. Metodę opis nazywa w pierwszym zdaniu chemizmu: kwas otrzymuje się metodą katalitycznego utleniania p-ksylenu.
Na podstawie opisu procesu technologicznego oraz wykazu danych technologicznych opracuj kartę technologiczną procesu produkcji kwasu tereftalowego (kwasu benzeno-1,4-dikarboksylowego) – Tabela 1.
Równanie jest w arkuszu jako rysunek wzorów strukturalnych. Przepisuję je wzorami grupowymi: dwie grupy metylowe utleniają się do karboksylowych, zużywając 3 cząsteczki tlenu i dając 2 cząsteczki wody: C₆H₄(CH₃)₂ + 3O₂ → C₆H₄(COOH)₂ + 2H₂O. Można też przerysować wzory strukturalne z arkusza - klucz wymaga tylko poprawnego równania.
Pominięcie współczynników (3O₂, 2H₂O) - równanie musi być zbilansowane, od niego zależą obliczenia w tabeli 4.
Na podstawie opisu procesu technologicznego oraz wykazu danych technologicznych opracuj kartę technologiczną procesu produkcji kwasu tereftalowego (kwasu benzeno-1,4-dikarboksylowego) – Tabela 1.
Z opisu: rozpuszczalnik - kwas octowy, katalizator - octan kobaltu w ilości 0,4 % masowych w stosunku do p-ksylenu, promotor - bromek sodu.
Na podstawie opisu procesu technologicznego oraz wykazu danych technologicznych opracuj kartę technologiczną procesu produkcji kwasu tereftalowego (kwasu benzeno-1,4-dikarboksylowego) – Tabela 1.
Wydajność godzinowa instalacji to 1 t/h, czyli 1000 kg produktu w ciągu godziny. Kwas tereftalowy nie rozpuszcza się w kwasie octowym i wytrąca jako kryształy - ciało stałe. Wydajność procesu z wykazu danych: 99 %.
Kroki 5-8 · po tym etapie masz 20 z 46 kryteriów (pkt)
Uzupełnij informacje związane ze schematem ideowym procesu – Tabela 2.
Do bloku B obok powietrza i roztworu katalizatora w kwasie octowym dopływa surowiec A - p-ksylen. Blok B to reaktor, czyli utlenianie.
Uzupełnij informacje związane ze schematem ideowym procesu – Tabela 2.
Z góry reaktora opary idą przez chłodnicę z wodą - C to chłodzenie, potem do separatora - D to rozdzielanie: ciecz (p-ksylen i kwas octowy) wraca do B, a w górę uchodzą gazy wydmuchowe - E.
Uzupełnij informacje związane ze schematem ideowym procesu – Tabela 2.
Zawiesina z dołu reaktora trafia na wirówkę - F to odwirowanie. Kryształy surowego kwasu przekrystalizowuje się i oczyszcza - G to krystalizacja i oczyszczanie, a trójkąt H to produkt: kwas tereftalowy.
Uzupełnij informacje związane ze schematem ideowym procesu – Tabela 2.
Filtrat z wirówki idzie do kolumn, gdzie oddestylowuje się wodę i oddziela smoliste pozostałości - I to rektyfikacja, a J - pozostałości smoliste. Kwas octowy z katalizatorem wraca do reaktora razem z uzupełnieniem strat.
Kroki 9-11 · po tym etapie masz 28 z 46 kryteriów (pkt)
Korzystając z opisu procesu technologicznego produkcji kwasu tereftalowego, uzupełnij informacje dotyczące uproszczonego schematu instalacji – Tabela 3.
Na schemacie instalacji reaktor z wężownicą chłodzącą i dopływem p-ksylenu i powietrza ma numer 1. Opary z jego góry przechodzą przez wymiennik z wodą - numer 2 to Chłodnice (ten sam symbol stoi też nad kolumnami), a aparat 3, z którego uchodzi gaz wydmuchowy, to separator - 3.
Korzystając z opisu procesu technologicznego produkcji kwasu tereftalowego, uzupełnij informacje dotyczące uproszczonego schematu instalacji – Tabela 3.
Numer 6 to symbol Pompa tłocząca roztwór katalizatora, numer 4 - poziomy zbiornik między reaktorem a wirówką, czyli Zbiornik pośredni. Podgrzewacz parowy (wymiennik z doprowadzeniem „Para” pod kolumnami) ma numer 8.
Korzystając z opisu procesu technologicznego produkcji kwasu tereftalowego, uzupełnij informacje dotyczące uproszczonego schematu instalacji – Tabela 3.
Numer 5 to Wirówka oddzielająca surowy kwas tereftalowy, a 7a i 7b - Kolumny rektyfikacyjne (oddestylowanie wody i oddzielenie pozostałości smolistych). Rozpoznanie aparatów po symbolach to wiedza ogólna z rysunku technologicznego.
Kroki 12-16 · po tym etapie masz 36 z 46 kryteriów (pkt)
Na podstawie wykazu danych technologicznych wykonaj obliczenia dotyczące dobowego zapotrzebowania na surowce, katalizator i rozpuszczalnik do produkcji kwasu tereftalowego – Tabela 4.
Instalacja daje 1 t/h kwasu 96%, czyli 24 000 kg na dobę. Czystego kwasu jest w tym 96%: 24 000 · 0,96 = 23040 kg.
Na podstawie wykazu danych technologicznych wykonaj obliczenia dotyczące dobowego zapotrzebowania na surowce, katalizator i rozpuszczalnik do produkcji kwasu tereftalowego – Tabela 4.
Z równania 1 kmol p-ksylenu (106 kg) daje 1 kmol kwasu (166 kg): 23040 · 106 / 166 = 14712,29, czyli 14712 kg. Przy wydajności 99% potrzeba więcej surowca, więc dzielę: 14712 / 0,99 = 14860,61, czyli 14861 kg.
Mnożenie przez 0,99 przy liczeniu surowca - wydajność poniżej 100% oznacza, że surowca trzeba więcej, nie mniej.
Na podstawie wykazu danych technologicznych wykonaj obliczenia dotyczące dobowego zapotrzebowania na surowce, katalizator i rozpuszczalnik do produkcji kwasu tereftalowego – Tabela 4.
Na 1 kmol p-ksylenu przypadają 3 kmol O₂, a 1 kmol gazu w warunkach normalnych zajmuje 22,4 m³: 14712 · 67,2 / 106 = 9326,97, czyli 9327 m³. Rzeczywiście: 9327 / 0,99 = 9421,21, czyli 9421 m³.
Na podstawie wykazu danych technologicznych wykonaj obliczenia dotyczące dobowego zapotrzebowania na surowce, katalizator i rozpuszczalnik do produkcji kwasu tereftalowego – Tabela 4.
Tlen stanowi 21% objętości powietrza: 9421 / 0,21 = 44861,90, czyli 44862 m³.
Na podstawie wykazu danych technologicznych wykonaj obliczenia dotyczące dobowego zapotrzebowania na surowce, katalizator i rozpuszczalnik do produkcji kwasu tereftalowego – Tabela 4.
Wskaźniki zużycia podano na 1 t produktu 96%, a na dobę powstają 24 t: katalizator 0,08 · 24 = 1,92, czyli 2 kg, kwas octowy 33 · 24 = 792 kg.
Liczenie wskaźnika od 23,04 t czystego kwasu - wskaźnik dotyczy produktu 96%, czyli 24 t.
Krok 17 · po tym etapie masz 40 z 46 kryteriów (pkt)
Uzupełnij wykaz wartości parametrów procesu w wybranych punktach kontroli – Tabela 5.
Wartości przepisuję z opisu przebiegu: w reaktorze 150 °C i 1,53 MPa, w separatorze 60 °C i 0,1 MPa (40 °C to temperatura gazów wydmuchowych za separatorem, nie samego separatora).
Wpisanie 40 °C w separatorze - to temperatura gazów wydmuchowych wychodzących z separatora.
Kroki 18-19 · po tym etapie masz 46 z 46 kryteriów (pkt)
Na podstawie wyciągu z karty charakterystyki substancji niebezpiecznej uzupełnij wykaz indywidualnych środków ochrony oraz wypisz sposoby udzielania pierwszej pomocy przy kontakcie z kwasem tereftalowym – Tabela 6.
Kolumnę środków ochrony wypełniam z sekcji 8.2.2 karty, dosłownie - tabela wymaga wpisów „zgodnie z kartą charakterystyki”. Oczy: okulary ochronne w szczelnej obudowie przy zapylonej atmosferze, skóra: rękawice ochronne powlekane i ubranie robocze, drogi oddechowe: respiratory z filtropochłaniaczem przy narażeniu na pyły.
Na podstawie wyciągu z karty charakterystyki substancji niebezpiecznej uzupełnij wykaz indywidualnych środków ochrony oraz wypisz sposoby udzielania pierwszej pomocy przy kontakcie z kwasem tereftalowym – Tabela 6.
Sposoby udzielania pierwszej pomocy przepisuję z sekcji 4.1 karty: przy kontakcie z oczami - płukanie strumieniem wody przez około 15 minut, przy kontakcie ze skórą - zdjęcie odzieży i zmycie letnią wodą z mydłem. W wierszu „Przez drogi oddechowe” karta w arkuszu podaje zalecenia dotyczące osoby nieprzytomnej (nie podawać niczego doustnie, pokazać kartę personelowi medycznemu) - przepisuję je dosłownie, bo tak ocenia klucz.
⚠️ Sprzeczność w arkuszu: w wyciągu z karty wiersz „Przez drogi oddechowe” zawiera zalecenia o niepodawaniu niczego doustnie i nieprowokowaniu wymiotów, a wiersz „Przez przewód pokarmowy” każe wymioty sprowokować. Klucz CKE (R.6.6) przyjmuje treść wiersza „Przez drogi oddechowe” - na egzaminie punkt daje właśnie ona.
Przepisanie do wiersza dróg oddechowych zaleceń z wiersza „Przez przewód pokarmowy” (sprowokowanie wymiotów) - klucz wymaga treści z wiersza „Przez drogi oddechowe”.
Symulacja ekranu w przeglądarce - w Android Studio / Visual Studio wygląd może się nieco różnić.
To jedno z możliwych rozwiązań. Egzaminator ocenia spełnienie kryteriów z klucza odpowiedzi, a nie zgodność z tym rozwiązaniem - inna, poprawna droga też daje punkty.
Autor rozwiązania: Bartosz Bryniarski. Licencja CC BY-NC 4.0 - kopiowanie i przeróbki do celów niekomercyjnych, z podaniem autora i źródła (link do tej strony) (zasady wykorzystania). Treść arkusza i klucza oceniania pochodzi z CKE.