Existuje cesta ven! Řešení problémů s hmotnostním zlomkem výtěžku produktu

Zpět dopředu

• při řešení problému žáci nerozumí podstatě problémů a procesu jejich řešení;
• neanalyzovat obsah úkolu;
• neurčujte posloupnost akcí;
• nesprávně používat chemický jazyk, matematické operace a označení fyzikálních veličin apod.;

Překonání těchto nedostatků je jedním z hlavních cílů, které si učitel stanoví, když začíná učit, jak řešit výpočetní problémy.

Úkolem učitele je naučit studenty analyzovat podmínky problémů sestavením logického schématu řešení konkrétního problému. Sestavení logického schématu problému předchází mnoha chybám, kterých se žáci dopouštějí.

• rozvoj schopnosti analyzovat podmínky problému;
• rozvoj schopnosti určit typ výpočtového problému a pořadí akcí pro jeho řešení;
• rozvoj kognitivních, intelektuálních a tvůrčích schopností.

• osvojit si metody řešení chemických problémů s využitím konceptu „hmotnostního zlomku výtěžku reakčního produktu z teoretického“;
• procvičit dovednosti při řešení výpočetních problémů;
• usnadnit asimilaci materiálu souvisejícího s výrobními procesy;
• podnítit hloubkové studium teoretických problémů a zájem o řešení tvůrčích problémů.

Zjistíme příčinu a podstatu situace, které jsou popsány v úlohách „na výstupu produktu z teoretického“.

• Mnoho chemických reakcí je vratných a nejdou dokončit.
• Při interakci organických látek často vznikají vedlejší produkty.
• Při heterogenních reakcích se látky špatně mísí a některé látky prostě nereagují.
• Některé plynné látky mohou unikat.
• Když se získají sraženiny, může část látky zůstat v roztoku.

• teoretická hmotnost je vždy větší než praktická hmotnost;
• Teoretický objem je vždy větší než praktický objem.

Teoretický výtěžek je 100 %, praktický výtěžek je vždy menší než 100 %.

Množství produktu vypočítané z reakční rovnice, teoretický výtěžek, odpovídá 100 %.

Výtěžková frakce reakčního produktu („etta“) — je poměr hmotnosti získané látky k hmotnosti, která měla být získána v souladu s výpočtem pomocí reakční rovnice.

Tři typy úkolů s pojmem „výnos produktu“:

1. Hmoty jsou dány původní látka и reakční produkt. Určete výtěžnost produktu.

2. Hmoty jsou dány původní látka a výstup reakční produkt. Určete hmotnost produktu.

3. Hmoty jsou dány produktu a výstup produkt. Určete hmotnost výchozí látky.

Úkoly.

1. Při spalování železa v nádobě obsahující 21,3 g chloru se získalo 24,3 g chloridu železitého. Vypočítejte výtěžek reakčního produktu.

2. Vodík se za zahřívání vede přes 16 g síry. Určete objem (n.u.) získaného sirovodíku, jestliže výtěžek reakčního produktu je 85 % teoreticky možného.

3. Jaký objem oxidu uhelnatého (II) byl použit pro redukci oxidu železitého, pokud bylo získáno 11,2 g železa s výtěžkem 80 % teoreticky možného.

Každý problém se skládá ze souboru dat (známé látky) – podmínek problému („výtěžek“ atd.) – a otázky (látky, jejichž parametry je třeba zjistit). Navíc disponuje systémem závislostí, které propojují hledané s daty a data mezi sebou.

Cíle analýzy:

1) identifikovat všechna data;

2) identifikovat závislosti mezi daty a podmínkami;

3) identifikovat závislosti mezi daným a požadovaným.

1. O jakých látkách mluvíme?

2. K jakým změnám došlo u látek?

3. Jaké veličiny jsou pojmenovány v zadání úlohy?

4. Jaká data – praktická nebo teoretická – jsou vyjmenována v zadání problému?

5. Která data lze přímo použít pro výpočty pomocí reakčních rovnic a která je nutné transformovat pomocí hmotnostního zlomku výtěžku?

Algoritmy pro řešení problémů tří typů:

Stanovení výtěžku produktu v % teoreticky možného.

1. Napište rovnici chemické reakce a seřaďte koeficienty.

2. Pod vzorce látek zapiš látkové množství podle koeficientů.

3. Výsledná hmota je prakticky známá.

4. Určete teoretickou hmotnost.

5. Určete výtěžek reakčního produktu (%) vydělením praktické hmotnosti teoretickou hmotností a vynásobením 100 %.

6. Zapište odpověď.

Výpočet hmotnosti reakčního produktu, pokud je znám výtěžek produktu.

1. Zapište „dané“ a „najít“, zapište rovnici a umístěte koeficienty.

2. Najděte teoretické množství látky pro výchozí materiály. n =

3. Určete teoretické množství látky reakčního produktu podle koeficientů.

4. Vypočítejte teoretickou hmotnost nebo objem reakčního produktu.

5. Vypočítejte praktickou hmotnost nebo objem reakčního produktu (vynásobte teoretickou hmotnost nebo teoretický objem frakcí výtěžku).

Výpočet hmotnosti výchozího materiálu, pokud je známa hmotnost reakčního produktu a výtěžek produktu.

1. Vzhledem k praktickému objemu nebo hmotnosti najděte teoretický objem nebo hmotnost (pomocí frakce výtěžku produktu).

2. Najděte teoretické množství látky pro produkt.

3. Najděte teoretické látkové množství pro původní látku podle koeficientů.

4. Pomocí teoretického množství látky zjistěte hmotnost nebo objem výchozích látek v reakci.

1. K oxidaci oxidu sírového bylo odebráno 112 l (normální podmínky) kyslíku a získáno 760 g oxidu sírového (VI). Jaký je výtěžek produktu v procentech z teoreticky možného?

2. Při interakci dusíku a vodíku bylo získáno 95 g amoniaku NH.₃ s výtěžkem 35 %. Jaké objemy dusíku a vodíku byly použity pro reakci?

3. 64,8 g oxidu zinečnatého bylo redukováno přebytkem uhlíku. Určete hmotnost vytvořeného kovu, pokud je výtěžek reakčního produktu 65 %.

Tento údaj zadáváme v gramech. 5 pro esenci a počítáme celkem, což je 1070,33 kg.

Vzhledem k tomu, že na 1 gram hotového karamelu není potřeba 1 tuna, ale 0,663 tuny karamelové hmoty (viz recept na krájení a formování), je třeba na toto množství počítat spotřebu surovin. K tomu účelu jsou čísla v gr. Spotřeba 5 a 6 na 1 tunu fáze v naturáliích i v sušině se násobí 0,663.

Například naturální krystalový cukr je 712,22*0,663 = 472,2 kg. totéž pro sušinu 711,15 – 0,663 = 471,49 kg

stejný výsledek lze získat vynásobením naturální spotřeby procentuálním obsahem sušiny 472,2*99,85/100=471,49

Přejděme k výpočtu surovin pro přípravu jablečné náplně, spotřebovaných na 1 g hotového karamelu v množství 180 kg, pro které také sestavujeme tabulku (tabulka 201).

Tabulka 201. Recept na jablečnou náplň

Vzhledem k tomu, že podle údajů o spotřebě pyré na náplň má 9,5 % sušiny namísto 10 % přijatých v receptech, nejprve přepočítáme přirozený výraz pro 10% standardní pyré, což bude:

123*9,5/10 = 116,8 kg.

Zadané množství se zapíše do tabulky. 201 (sloupec 3). (tady a všude gr. = graf)

Gr. 2 a 3 se vyplňují na základě dostupných údajů.

Gr. 4 se vyplní vynásobením údajů sloupce. 3 na g 2. Celkové náklady počítáme v sušině, rovná se 180 kg. Výstup náplně při nakládání v sušině je určen s přihlédnutím ke ztrátám v této fázi, které se rovnají 0,9 %:

(180*100—0,9)/100 = 178,38 kg a naturálie, vztaženo na obsah sušiny v hotové náplni: 178,38*100/84 = 212,36 kg.

Pro stanovení spotřeby surovin na 1 g fáze ovocné náplně zjistíme převodní faktor z poměru obsahu sušiny ve výkonu 1 t a v nakládce (sloupec 6 a 4):

K = 840/178,38 = 4,70905.

Vynásobení údajů gr. 4 zjištěným koeficientem získáme spotřebu suroviny v sušině na 1 tunu fáze (sloupec 6):

Cukr krupicový 119,82*4,70905 = 564,21 kg

Melasa 46,8*4,70905 = 220,39 kg atd.

Spotřeba surovin na 1 tunu fáze ve fyzikálním vyjádření (sloupec 5) se stanoví na základě procentuálního obsahu sušiny v použitých surovinách (sloupec 2) a činí: Cukr granulovaný 564,24*100/99,85 = 565,10 kg,

Melasa 220,39*100/78 = 282,55 kg. atd.

Spotřeba surovin na náplň zahrnutá v I t hotového karamelu, tj. na 180 kg náplně, se zjistí postupným násobením údajů sloupce. 5 x 0,18 (množství náplně hotového karamelu je 180 kg = 0,18 g), což bude za

cukr 565,10*0,18 = 101,72 kg

melasa 282,55*0,18= 50,86 kg

pyré 550*0,18=99,00 kg. atd.

Gr. 8 se vyplňuje na základě procentuálního obsahu sušiny (sloupec 2).

Spotřebu surovin na náplň na 1 g hotového karamelu jak v naturáliích, tak v sušině lze získat také vynásobením údaje g. 5 a 6 o 0,18, přičemž rozdíly ve výsledcích získané vynásobením počtu gr. 7 za gr. 2 a z násobení dat sloupce. 6 na 0,18, může být pouze na druhém desetinném místě (v důsledku zaokrouhlení desetinného zlomku).

Další fází výpočtu je vytvoření receptury čokoládovo-pralinkové náplně a stanovení spotřeby surovin na 160 kg této náplně, tedy na 1 tunu hotového karamelu (tab. 202).

Postup výpočtu a vyplnění tabulky. 202 stejně jako v předchozích fázích: gr. 1, 2 a 3 se vyplňují na základě dostupných údajů a gr. 4 vynásobením dat sloupce. 3 za gr. 2. Výkon zatížením je stanoven s přihlédnutím k dříve zjištěným ztrátám v této fázi, které činí 1,4 %. Výstup z hlediska zatížení sušinou tedy bude 234,93 kg [238,27 (100-1,4)] a ve fyzikálním vyjádření s přihlédnutím k vlhkosti náplně 238,6 kg.

Tabulka 202. Recept na čokoládovo-pralinkovou náplň

68,8 kg pražených jader odpovídá 72,45 kg syrových jader.

Výpočet spotřeby na 1 tunu fáze by měl být proveden počínaje stanovením celkové spotřeby v sušině s ohledem na procento ztrát. Při vědomí, že náplň obsahuje 98,46 % sušiny neboli 1 kg v 984,6 tuně a ztráty jsou 1,4 %, zjistíme celkovou spotřebu surovin na její přípravu:

984,6*100/(100-1,4) = 998,58 kg v sušině.

Dále zjistíme konverzní faktor z náplně na 1 t fáze – pro suché látky:

K=998,58/238,27=4,19096
Vynásobením každého druhu suroviny v sušině zatížením konverzním faktorem určíme spotřebu na 1 tunu fáze v sušině:

Cukr moučkový 105,83*4,19096=443,53 kg.

Kakaová hmota 32,4*4,19096=135,79 kg (zaokrouhleno 135,8 kg) atd.

Získaná data zapíšeme do sloupce. 6, poté je převedeme na druh (stejně jako u jablečné náplně).

Výpočet spotřeby naturálních surovin na 1 tunu hotového karamelu se zjistí vynásobením údajů sloupce. 5 o 0,16 (160 kg = 0,16 t) a zadejte je do sloupce. 7, načež v nich určíme obsah sušiny (údaje ze sloupce 7 se násobí údaji ze sloupce 2) a vyplníme sloupec. 8.

Výsledky se musí sečíst.

Po všech kalkulacích nákladů na suroviny a polotovary pro jednotlivé fáze určíme celkovou spotřebu na 1 tunu hotového karamelu.

Pro přehlednost jsme sestavili tabulku. 203, do kterého zadáváme spotřebu surovin a polotovarů z vypočtených fázově-fázových receptur.

V tabulce. 203 gr. 1-8 jsou vyplněny údaji z vypočítaných fázových receptur (ze sloupců 7 a 8) a sloupce 9 a 10 – horizontálním sečtením čísel.

Vzhledem k tomu, že spotřeba suroviny součtem fází nezohledňuje ztráty při přepravě, balení, balení a dalších operacích, je nutné ji upravit s ohledem na celkové ztráty (v %) přijaté pro tento typ karamelu v recepturách (viz Recepty na karamel, str. 3, kde je celkové procento ztrát u karamelu s dvojitou náplní uvedeno 1,93 %).

Pro stanovení celkové spotřeby surovin a polotovarů na 1 g hotového výrobku nejprve zjistíme její úhrn za sušinu s přihlédnutím k celkovým ztrátám (v %), které jsou 1,93. 1 tuna hotového výrobku obsahuje 955,6 kg sušiny. Celková spotřeba je:

955,6*100/(100—1,93)= 974,4 кг.

Poté vypočítáme konverzní faktor, tedy poměr zjištěné celkové spotřeby suroviny na sušinu ke spotřebě součtem fází:

Vynásobením každého druhu suroviny a polotovarů zjištěným koeficientem podle součtu fází (v sušině) určíme jejich celkovou spotřebu na 1 tunu hotového výrobku.

Celková spotřeba cukru (v sušině) tedy bude

573,06*1,005553=576,24 (zaokrouhleno 576,2 kg), melasa – 223,83*1,005553=225,07 (zaokrouhleno 225,1 kg) atd. Do sloupce zapíšeme zjištěná množství. 12.

Celková spotřeba surovin ve fyzikálním vyjádření (sloupec 11) pro jednotlivé druhy je dána procentuálním obsahem sušiny v nich (sloupec 2).

Tabulka 203. Spotřeba surovin a polotovarů podle fází výroby a stanovení celkové spotřeby na 1 tunu hotového výrobku (s přihlédnutím ke ztrátám při přepravě, balení, balení, kromě těch, které jsou zohledněny ve výpočtech podle fází)