Etylobenzen otrzymuje się przez alkilowanie benzenu etylenem w fazie gazowej na zeolicie ZSM-5 (metoda Mobil-Badger), w 370 ÷ 420 °C i pod 1,5 ÷ 2 MPa. Instalacja daje 67 t etylobenzenu na godzinę przy wydajności 98,5%. Trzeba wypełnić kartę technologiczną, opisać schemat ideowy i schemat instalacji, policzyć godzinowe zapotrzebowanie na etylen i benzen, wpisać parametry pracy reaktora i dobrać środki ochrony indywidualnej przy pracy z etylenem i z benzenem.
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.
Numeracja tabel. W arkuszu dwie ostatnie tabele mają numery „4” i „5” (w poleceniu i w kluczu to tabele 5 i 6). Trzymam się treści tabel; w krokach podaję oba numery.
To jedno z możliwych rozwiązań: w opisie schematu ideowego klucz przyjmuje kilka nazw operacji (np. „odparowanie” albo „podgrzewanie”), a obliczenia można prowadzić proporcją albo przez liczbę kilomoli.
Jak liczą się punkty. Klucz ma 47 kryteriów w 6 rezultatach, każde za 1 punkt. Próg zdania części praktycznej to 75%, czyli 36 punktów - można stracić 11 kryteriów i nadal zdać. Najwięcej punktów (po 10) dają karta technologiczna i opis schematu instalacji.
Kroki 1-6 · po tym etapie masz 10 z 47 kryteriów (pkt)
W tym celu wypełnij kartę technologiczną procesu alkilowania benzenu etylenem w fazie gazowej – Tabela 1.
Nazwa procesu powtarza tytuł opisu: alkilowanie benzenu etylenem w fazie gazowej (klucz przyjmuje też „produkcja etylobenzenu”). Metoda jest nazwana wprost: Mobil-Badger.
W tym celu wypełnij kartę technologiczną procesu alkilowania benzenu etylenem w fazie gazowej – Tabela 1.
W arkuszu równanie jest narysowane wzorami strukturalnymi (pierścień benzenu, H₂C=CH₂). W karcie zapisuję je wzorami sumarycznymi: C₆H₆ + C₂H₄ → C₆H₅(C₂H₅) - addycja jednej cząsteczki etylenu do benzenu.
W tym celu wypełnij kartę technologiczną procesu alkilowania benzenu etylenem w fazie gazowej – Tabela 1.
Katalizator to zeolit ZSM-5. Surowce w dwóch wierszach: benzen i etylen.
W tym celu wypełnij kartę technologiczną procesu alkilowania benzenu etylenem w fazie gazowej – Tabela 1.
Opis wymienia „wyżej alkilowane pochodne benzenu”: dietylobenzen, trietylobenzen i tetraetylobenzen.
Wpisanie benzenu jako produktu ubocznego - to nieprzereagowany surowiec, który wraca do procesu. Kryterium wymaga trzech produktów.
W tym celu wypełnij kartę technologiczną procesu alkilowania benzenu etylenem w fazie gazowej – Tabela 1.
Katalizator dezaktywuje się przez osadzanie koksu; zakoksowany usuwa się z reaktora i regeneruje przez wypalanie koksu w osobnej aparaturze - dlatego reaktory 1a i 1b pracują naprzemiennie.
W tym celu wypełnij kartę technologiczną procesu alkilowania benzenu etylenem w fazie gazowej – Tabela 1.
Z wykazu danych: masa produktu 67 t/h, czystość etylenu 99,9 %, wydajność 98,5 %. Jednostki są w nagłówkach wierszy, więc wpisuję same liczby.
Kroki 7-10 · po tym etapie masz 19 z 47 kryteriów (pkt)
Uzupełnij informacje związane ze schematem ideowym procesu – Tabela 2.
Owale to strumienie wprowadzane do instalacji. A wchodzi na samą górę, do bloku C (kolumna wstępna) - to benzen. B dołącza dopiero przed reaktorem - to etylen.
Uzupełnij informacje związane ze schematem ideowym procesu – Tabela 2.
W kolumnie wstępnej (C) benzen „ogrzewa się i odparowuje” ciepłem mieszaniny poreakcyjnej - wpisuję odparowanie. Po skropleniu części benzenu strumień ogrzewa się w wymienniku i w piecu - blok D: podgrzewanie.
Uzupełnij informacje związane ze schematem ideowym procesu – Tabela 2.
Za blokiem D benzen miesza się z etylenem (B) i z zawracanym dietylobenzenem (strzałka z I) - ta mieszanina wchodzi do reaktora: blok E to alkilowanie. Chłodzenie mieszaniny poreakcyjnej oddaje ciepło do kolumny wstępnej.
Uzupełnij informacje związane ze schematem ideowym procesu – Tabela 2.
W pierwszej kolumnie rektyfikacyjnej (F) oddestylowuje się benzen, który wraca na górę schematu - oddestylowanie benzenu. W kolejnej (G) - oddestylowanie etylobenzenu od dietylobenzenów i ciężkich pozostałości; produkt H to etylobenzen. Blok I, z którego wychodzą ciężkie pozostałości, a dietylobenzeny wracają do reaktora: oddzielenie dietylobenzenów.
Kroki 11-13 · po tym etapie masz 29 z 47 kryteriów (pkt)
Uzupełnij informacje dotyczące schematu instalacji – Tabela 3.
W każdym wierszu brakuje nazwy albo numeru z rysunku 1. Kotły utylizatory (ogrzewane parą, wytwarzają parę) - 3 (3a, 3b, 3c). Aparaty 1a, 1b ze złożem katalizatora, pracujące naprzemiennie - reaktory. Podgrzewacze parowe kolumn (wężownice u dołu kolumn) - 10.
Uzupełnij informacje dotyczące schematu instalacji – Tabela 3.
Aparat 8 z odpływem wody za chłodnicą 7 - oddzielacz (układ separator - chłodnica - oddzielacz z opisu). Wymiennik ciepła między reaktorami a piecem - 4. Kolumna wstępna, pierwsza za reaktorami - 2.
Uzupełnij informacje dotyczące schematu instalacji – Tabela 3.
Aparat 6 nad kolumną wstępną - separator. Aparat 5 z wężownicą, w którym podgrzewa się benzen - piec. Chłodnice wodne (dopływ H₂O) - 7, kolumny rektyfikacyjne - 9 (9a, 9b, 9c). Rozpoznanie aparatów po symbolach na rysunku to wiedza ogólna z rysunku technologicznego.
Zamiana separatora (6) z oddzielaczem (8) - oba są zbiornikami, rozstrzyga kolejność w układzie separator - chłodnica - oddzielacz.
Kroki 14-20 · po tym etapie masz 37 z 47 kryteriów (pkt)
Wykonaj obliczenia dotyczące godzinowego zapotrzebowania na surowce do produkcji etylobenzenu – Tabela 4.
Z równania 1 kmol etylenu (28 kg) daje 1 kmol etylobenzenu (106 kg). Na 67 t/h = 67 000 kg/h: 67 000 · 28 / 106 = 17 698,11 → 17698 kg.
Wykonaj obliczenia dotyczące godzinowego zapotrzebowania na surowce do produkcji etylobenzenu – Tabela 4.
Uwzględniam wydajność - surowca trzeba więcej: 17 698 / 0,985 = 17 967,51 → 17968 kg.
Wykonaj obliczenia dotyczące godzinowego zapotrzebowania na surowce do produkcji etylobenzenu – Tabela 4.
Etylen techniczny ma 99,9% czystości: 17 968 / 0,999 = 17 985,99 → 17986 kg.
Wykonaj obliczenia dotyczące godzinowego zapotrzebowania na surowce do produkcji etylobenzenu – Tabela 4.
Objętość molowa w arkuszu to 22,41 dm³/mol, czyli 22,41 m³/kmol: 17 986 / 28 · 22,41 = 14 395,35 → 14395 m³.
Przyjęcie 22,4 zamiast podanego w arkuszu 22,41 - wynik wychodzi 14 389 m³.
Wykonaj obliczenia dotyczące godzinowego zapotrzebowania na surowce do produkcji etylobenzenu – Tabela 4.
1 kmol benzenu (78 kg) na 1 kmol etylobenzenu (106 kg): 67 000 · 78 / 106 = 49 301,89 → 49302 kg. Benzen ma czystość 100%, więc nie ma osobnego przeliczenia na czystość.
Wykonaj obliczenia dotyczące godzinowego zapotrzebowania na surowce do produkcji etylobenzenu – Tabela 4.
49 302 / 0,985 = 50 052,79 → 50053 kg (klucz przyjmuje też 50052, gdy ktoś liczy z niezaokrąglonej masy).
Wykonaj obliczenia dotyczące godzinowego zapotrzebowania na surowce do produkcji etylobenzenu – Tabela 4.
Gęstość 0,880 g/cm³ = 880 kg/m³: 50 053 / 880 = 56,88 → 57 m³. Osobne kryterium sprawdza, czy wszystkie wyniki tabeli są zaokrąglone do liczb całkowitych zgodnie z regułami (od 5 w górę) - w każdym wierszu biorę też zaokrąglony wynik poprzedniego etapu.
Obcięcie zamiast zaokrąglenia (np. 56 m³ albo 17 967 kg) - traci się punkt za wynik i punkt za zaokrąglanie.
Krok 21 · po tym etapie masz 39 z 47 kryteriów (pkt)
Uzupełnij wykaz wartości parametrów pracy reaktora wraz z jednostką – Tabela 5.
Tabela jest w arkuszu podpisana jako „Tabela 4. Wykaz wartości parametrów pracy reaktora”, a polecenie i klucz nazywają ją tabelą 5. Alkilowanie przebiega „w temperaturze 370÷420°C, pod ciśnieniem 1,5÷2 MPa” - wpisuję zakresy z jednostką: 370÷420°C i 1,5÷2 MPa.
Sama liczba bez jednostki - tabela każe wpisać wartość z jednostką.
Kroki 22-23 · po tym etapie masz 47 z 47 kryteriów (pkt)
Na podstawie zamieszczonych wyciągów z kart charakterystyk substancji niebezpiecznych dokonaj doboru środków ochrony indywidualnej pracowników mających kontakt z etylenem oraz benzenem – Tabela 6.
Tabela jest w arkuszu podpisana jako „Tabela 5”. Z karty etylenu: drogi oddechowe przy niewielkim przekroczeniu stężeń - maska przeciwgazowa z pochłaniaczem typu AX (aparat z niezależnym dopływem powietrza dopiero przy wyższych stężeniach), oczy - okulary ochronne w szczelnej obudowie, ręce - rękawice ochronne nieprzepuszczalne, skóra i ciało - ubranie ochronne powlekane w wersji antyelektrostatycznej.
Na podstawie zamieszczonych wyciągów z kart charakterystyk substancji niebezpiecznych dokonaj doboru środków ochrony indywidualnej pracowników mających kontakt z etylenem oraz benzenem – Tabela 6.
Z karty benzenu: przy niedostatecznej wentylacji zatwierdzony respirator z filtrem typu A (przy dostatecznej wentylacji nie byłby wymagany), oczy - gogle, skóra i ciało - fartuch lub ubranie z tkanin powlekanych. Przy rękach tabela każe wybrać jeden typ rękawic z nazwą materiału, grubością i odpornością na przebicie - wybieram kauczuk butylowy, > 0,1 mm, > 480 min.
Wpisanie wszystkich trzech materiałów rękawic albo pominięcie grubości i odporności na przebicie - tabela wymaga wyboru i pełnego opisu.
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.