KWALIFIKACJA CHM6 - WRZESIEŃ 2014

PYTANIE NR 28.
W przemyśle benzen otrzymywany jest z toluenu przez katalityczne uwodornienie, zwane hydrodealkilacją. Korzystając z zamieszczonych wykresów, wskaż poprawne wpisy w dokumentacji procesu hydrodealkilowania 920 kg toluenu, w którym otrzymano 552 kg benzenu. Proces przebiega zgodnie z przedstawionym równaniem reakcji.
Ilustracja przedstawia dwa wykresy oraz tabelę, które są związane z procesem hydrodealkilacji toluenu do benzenu.
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Wydajność masową liczysz ze stosunku mas: η = (552 kg / 920 kg) · 100% = 60%. Następnie dla 60% odczytujesz z wykresów parametry procesu: temperatura 590°C oraz ciśnienie cząstkowe H2 4 MPa. Jedyny wiersz tabeli zgodny z tym zestawem danych to C.

Pełne wyjaśnienie:

W zadaniu trzeba połączyć obliczenia bilansowe z odczytem z wykresów i wpisaniem właściwych danych do dokumentacji procesu hydrodealkilacji.

1) Obliczenie wydajności
Podane są masy: zużyto 920 kg toluenu i otrzymano 552 kg benzenu. Wydajność masową (wagową) w tym ujęciu liczysz jako:

η = (m produktu / m substratu) · 100%

czyli: η = (552 / 920) · 100% = 60%.

2) Odczyt temperatury z wykresu wydajność–temperatura
Dla wydajności 60% na wykresie zależności od temperatury odczytujesz punkt odpowiadający tej wartości. Z danych na wykresie wynika, że 60% odpowiada temperaturze 590°C.

3) Odczyt ciśnienia z wykresu wydajność–ciśnienie H2
Analogicznie, dla wydajności 60% na wykresie zależności od ciśnienia cząstkowego wodoru odczytujesz wartość 4 MPa.

4) Dopasowanie do tabeli
Poprawny wpis do dokumentacji musi być spójny jednocześnie z:

  • obliczoną wydajnością 60%,
  • temperaturą 590°C z pierwszego wykresu,
  • ciśnieniem H2 4 MPa z drugiego wykresu.

Jedyna odpowiedź spełniająca te trzy warunki to wiersz C.

Dlaczego pozostałe odpowiedzi są błędne?
Pozostałe wiersze tabeli (A, B, D) zawierają inne zestawy temperatur i/lub ciśnień, które nie odpowiadają punktom dla wydajności 60% na wykresach. Typowy błąd polega na dopasowaniu tylko jednego parametru (np. samej temperatury) bez sprawdzenia zgodności ciśnienia albo na pomyleniu rodzaju wydajności odczytywanej z osi.

Wskazówka egzaminacyjna: zawsze sprawdzaj spójność wszystkich wymaganych wielkości (tu: % + MPa + °C), bo zadanie testuje kontrolę parametrów procesu, a nie tylko rachunek.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Wydajność masową liczysz jako stosunek mas: η = (m produktu / m substratu) · 100%. Najpierw upewnij się, że obie masy są w tych samych jednostkach (np. kg). Potem wykonaj dzielenie i pomnóż przez 100%, a wynik zaokrąglij rozsądnie do pełnych procentów, jeśli tak wskazują dane.
Hydrodealkilacja toluenu to proces katalityczny, w którym z toluenu usuwa się grupę metylową w obecności wodoru. W typowym ujęciu reakcja prowadzi do powstania benzenu oraz metanu. W technologii chemicznej jest to jedna z przemysłowych dróg otrzymywania benzenu.
Temperatura i ciśnienie cząstkowe H2 wpływają na szybkość reakcji i przesunięcie równowagi oraz na selektywność. Dlatego dla danej wydajności procesu trzeba utrzymywać spójny zestaw parametrów. Zmiana tylko jednego (np. temperatury) może obniżyć uzysk lub zwiększyć produkty uboczne.
Najpierw znajdź na osi pionowej wartość wydajności (np. 60%). Poprowadź linię poziomą do przecięcia z krzywą, a potem z punktu przecięcia zejdź pionowo na oś temperatury. Zwróć uwagę na jednostki (°C) i skalę osi, aby nie pomylić się o jeden "krok" odczytu.
Tak, to częsty błąd. Wydajność molowa odnosi się do liczby moli, a masowa do masy. Jeśli zadanie podaje masy w kg i prosi o wpisy do dokumentacji procesu, zwykle chodzi o wydajność masową. Dodatkowo osie wykresów mogą być opisane jako % mol. lub % wag. i trzeba to sprawdzić.
Najczęściej: odczyt z niewłaściwej osi (pomylenie MPa z inną jednostką), nieuwzględnienie, że chodzi o ciśnienie cząstkowe (a nie całkowite), oraz odczyt "na oko" bez sprawdzenia skali. Pomaga prowadzenie pomocniczych linii i kontrola, czy wynik pasuje do poziomu wydajności.
Wydajność mówi o efekcie (ile produktu uzyskano), ale nie opisuje warunków, w jakich ten efekt osiągnięto. W praktyce technologicznej dokumentacja musi zawierać parametry operacyjne (np. temperatura i ciśnienie H2), bo umożliwiają one powtarzalność partii, kontrolę jakości oraz analizę przyczyn odchyleń, gdy uzysk spada.
Wykonaj kontrolę w trzech krokach: (1) oblicz wydajność z danych masowych, (2) odczytaj temperaturę dla tej wydajności z wykresu wydajność–temperatura, (3) odczytaj ciśnienie H2 dla tej samej wydajności z drugiego wykresu. Poprawny wiersz musi zgadzać się z każdym z tych trzech wyników.
Gdy zadanie podaje wyłącznie masę substratu i masę produktu oraz prosi o wydajność, zwykle wystarcza proporcja mas (η = m produktu / m substratu). Pełna stechiometria jest potrzebna, gdy trzeba wyznaczyć teoretyczny uzysk z równań reakcji, uwzględnić nadmiar reagentu, przeliczyć mole lub policzyć ilość produktów ubocznych.
Ćwicz odczyt wartości z różnych skal i jednostek oraz łączenie danych z kilku źródeł naraz (wykres + tabela + opis). Rób zadania, w których najpierw liczysz wynik (np. wydajność), a dopiero potem dobierasz parametry procesu. Na egzaminie zawsze sprawdzaj opisy osi: % wag., % mol., MPa, °C.
info

Około 31% zdających odpowiada poprawnie na to pytanie. bardzo trudne

Eksperci podkreślają: "Wydajność masową liczysz ze stosunku mas: η = (552 kg / 920 kg) · 100% = 60%."

Źródła:

  • Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, hasło: "Benzene", sekcja dot. otrzymywania benzenu z toluenu (hydrodealkilacja), wersja online (dostęp przez Wiley Online Library)
  • Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, hasło: "Benzene", część dot. procesów wytwarzania i roli hydrodealkilacji toluenu, wersja online (Wiley)

Materiały:

  • Podręcznik do stechiometrii i bilansów masy w technologii chemicznej (działy: wydajność, bilans procesu)
  • Materiały dydaktyczne z technologii organicznej/petrochemii (produkcja benzenu, procesy katalityczne)
  • Zadania treningowe z odczytu wykresów technologicznych i doboru parametrów procesu

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego