Химия

а. При расчете материального баланса за основу примем 100 молей газовой смеси, образующейся после обжига пирита. 100 молей газовой смеси содержат 9 молей $SO_2$, 8 молей $O_2$, 80 молей $N_2$ и 3 моля $H_2O$.

К этой смеси была добавлена смесь воздуха и пара в таком количестве, что в конечной смеси содержалось у молей 3,78 $y$ молей $N_2$ и $[(2 \cdot 4,78) : 98] y = 0,0975 y$ молей $H_2O$. После добавления смеси воздуха и пара влажный газ содержит 9 молей $SO_2$, ($8 + y$) молей $O_2$, ($80 + 3,78 y$) молей $N_2$, ($3 + 0,0975 y$) молей $H_2O$; всего - ($100 + 4,88 y$) молей.
Из условий задания следует, что

$\frac {8+y}{100 + 4,88y} = 0,11$, следовательно, $y = 6,48$ моля.

Было добавлено $4,88 \cdot y = 4,88 \cdot 6,48 = 31,6$ моля воздуха на 100 молей газовой смеси, т. е. $31,6 м^3$ воздуха на каждые $100 м^3$ обжиговых газов.

б. В состав газовой смеси после добавления к ней паровоздушной смеси входят:

9,00 молей $SO_2$; 14,48 моля $O_2$; 104,49 моля $N_2$; 3,63 моля $H_2O$; всего - 131,6 моля.

Соответственно процентный состав (по объему) смеси:

$6,8$ % $SO_2; 11$ % $O_2; 79,4$ % $N_2$ и $2,8$ % $H_2O$.

После осушения в газовой смеси остается 9,00 молей $SO_2$; 14,5 молей $O_2$; 104,5 моля $N_2$.

$SO_{2} + 0,5O_{2} \rightleftharpoons SO_{3}$ - выход 98 %

в. Состав газовой смеси после прохождения контактного аппарата: 0,2 моля $SO_2$; 8,8 моля $SO_3$; 10,1 моля $O_2$; 104,5 моля $N_2$; всего - 123,6 моля.

Процентный состав по объему: $0,16$ % $SO_2; 7,1$ % $SO_3; 8,2$ % $O_2$ и $84,5$ % $N_2$.

г. Материальный баланс по отношению к инертному балластному газу газовой смеси:

8,8 моля $SO_3$ и 104,5 моля $N_2$, т. е. $N_2 : SO_3 = 11,9$.

1 т 100 %-ной $H_2SO_4$ содержит $1000 : 38 = 10,2$ кмоля $H_2SO_4$. Это соответствует наличию 10,2 кмоля $SO_3$ после прохождения через контактный аппарат и $10,2 \cdot 11,9 = 121,4$ кмоля азота. В состав добавленной паровоздушной смеси входят

$N_2$: 121,4 кмоля - 3399 кг
$O_2$: $(NULL,4 : 3,78) = 32,7$ кмоля - 1027 кг
$H_2O$: $\frac{121,4 + 32,7}{98} \cdot 2 = 3,1$ кмоля - 56 кг. Всего - 4482 кг.

д. На 1 т $H_2SO_4$ (при 100 %-ной концентрации) в абсорбционной колонне расходуется $z$ т 98 %-ной $H_2SO_4$ (расчет производится, исходя из $0,98 \: z \: H_2SO_4$).

Из абсорбционной колонны выходит $(NULL,98 z + 1) \: т H_2SO_4$ в виде 99 %-ного раствора, масса которого равна

$\left ( z + \frac{80}{98} \right )$ т на 1 т раствора,

отсюда

$\frac {0,98z + 1}{z + \frac{80}{98}} = 0,99$

$z = 19,2$ т подкрепляющего раствора на 1 т продукции.

е. 19,2 т 98 %-ной $H_2SO_4$ содержат 18,8 т $H_2SO_4$ и 0,4 т $H_2O$.

$19,2 + \frac{80}{98} = 20,0$ т 99 %-ной $H_2SO_4$ содержат около т. е. 0,2 т воды. Следовательно, прореагировало

$\frac{0,2 \cdot 100}{0,4} = 50$ % воды.