Wydajność 100% oznacza, że cała ilość doprowadzonego SO3 i H2O, zgodnie ze stechiometrią, przechodzi w H2SO4 (bez strat i produktów ubocznych). Podano, że instalacja wytwarza 100 t/h kwasu siarkowego(VI) o stężeniu 98%, czyli 100 t/h roztworu, a nie 100 t/h czystego H2SO4.
Krok 1: masa czystego H2SO4
98% (m/m) oznacza, że w 100 t roztworu jest 98 t H2SO4 oraz 2 t wody. Zatem strumień czystego produktu to 98 t/h = 98 000 kg/h.
Krok 2: stechiometria
Reakcja: SO3 + H2O → H2SO4 ma współczynniki 1:1:1, więc liczba moli SO3 i H2O zużyta do wytworzenia H2SO4 jest taka sama jak liczba moli powstałego H2SO4.
Krok 3: przeliczenie na strumienie masowe
Korzystamy z mas molowych: H2SO4 ≈ 98 g/mol, SO3 ≈ 80 g/mol, H2O ≈ 18 g/mol. Dla każdej porcji 98 kg H2SO4 potrzeba 80 kg SO3 i 18 kg H2O. Skoro powstaje 98 000 kg/h H2SO4, to:
- SO3: 98 000 · 80/98 = 80 000 kg/h
- H2O (reakcyjna): 98 000 · 18/98 = 18 000 kg/h
Krok 4: uwzględnienie stężenia 98% w produkcie
Produkt ma zawierać dodatkowo 2% wody, czyli 2 000 kg/h wody w roztworze. Całkowity doprowadzany strumień H2O to więc suma wody reakcyjnej i wody pozostającej w roztworze: 18 000 + 2 000 = 20 000 kg/h.
Dlatego poprawne natężenia strumieni to 20 000 kg/h H2O i 80 000 kg/h SO3. Odpowiedzi z 2 000 kg/h H2O pomijają wodę zużywaną stechiometrycznie w reakcji. Wariant 18 000 kg/h H2O uwzględnia tylko wodę reakcyjną, ale ignoruje wymaganą zawartość wody w roztworze 98%. Pozostałe kombinacje zwykle wynikają z pomylenia 100 t/h roztworu z 100 t/h czystego kwasu lub z błędnego użycia stosunków mas zamiast moli.
