Курсовая работа: Расчет химического равновесия и термодинамический анализ реакционной системы
Название: Расчет химического равновесия и термодинамический анализ реакционной системы Раздел: Рефераты по химии Тип: курсовая работа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Кафедра : «Технология органического и нефтехимического синтеза» Курсовая работапо курсу:«Теория химических процессов органического синтеза» Самара 2006 г. Задание №1 При взаимодействии мезитилена со спиртом получена реакционная масса следующего состава (% масс.): - мезитилен – 10,39, АО-40 – 62,25, м-ксилол – 2,23, тетраметилбензол – 14,15, исходный спирт – 7,98. Вычислить степень конверсии реагентов, селективность процесса по каждому из продуктов реакции в расчете на каждый реагент и выход на пропущенное сырье каждого из продуктов реакции в расчете на один реагент. Решение: наиболее вероятная схема превращений: Составим таблицу распределения мол. долей исх. вещества:
Степень конверсии мезитилена определяется по формуле: Степень конверсии спирта:
Селективность продуктов в расчете на мезитилен рассчитывается по формуле: Таблица 1
Проверка: Выход продуктов на пропущенное сырье в расчете на пропилен рассчитывается по формуле: Таблица 2
Задание № 2 Решение: Схема реакции представлена на рис. 1: Рис. 1. Дегидрирование н- бутана. Схема реактора представлена на рис. 2. Рис. 2. Схема теплового баланса реактора Тепло, входящее в реактор, определяется по формуле:
С помощью функции «Поиск решения» программы «MicrosoftExcel» методом наименьших квадратов определено значение Твх = 966К . Энтальпия реакции при данной Твх : Теплота реакции определяется величиной энтальпии реакции, массового расхода реагента, степенью конверсии реагента. Рассмотрим, когда степень конверсии
Согласно уравнению теплового баланса: Здесь:
С помощью функции «Поиск решения» программы «MicrosoftExcel» методом наименьших квадратов определено значение Твых = 931К . Аналогично определяем значения Твых для различных значений степени конверсии. Полученные значения представлены в таблице 3. Таблица 3
Графическая зависимость перепада температур на входе и выходе от степени конверсии представлена на рисунке 3. Рис. 3. Зависимость адиабатического перепада температур от степени конверсии Выводы Как видно, характерной особенностью процесса является линейное увеличение адиабатического перепада температур в зоне реактора при увеличении степени конверсии исходного вещества. Это обуславливает некоторые технологические особенности промышленного процесса дегидрирования н- бутана. Реактор процесса дегидрирования представляет собой колонну, снабженную провальными тарелками. Реакционная смесь подается вниз колонны и пары поднимаются через тарелки, проходя слой катализатора. При этом, как ясно видно из результатов расчетов, реакционная смесь охлаждается, и процесс дегидрирования замедляется. Во избежание подобного вверх колонны подается подогретый катализатор, регенерированный в регенераторе. Более горячий катализатор контактирует с частично прореагировавшей смесью, и наоборот, чем достигается выравнивание скоростей реакции по всему объему. На регенерацию закоксованный катализатор поступает, стекая по десорберу, где его отдувают от углеводородов азотом. Таким образом, за счет дополнительного подогрева регенерированного катализатора и подачи его вверх колонны реактора достигается выравнивание температуры процесса. Задание №1 Выполнить полный количественный анализ процесса пиролиза изопентана с образованием метана и изобутилена. Дать анализ зависимостей равновесной степени конверсии изопентана и состава равновесной смеси от варьируемых параметров. Аргументировать технологические особенности промышленных процессов пиролиза углеводородов и конструктивные особенности реакторов пиролиза. Решение: Проведем предварительный расчет процесса. Для этого необходимо ввести допущение, что побочных реакций не протекает, селективность процесса по целевому продукту 100%, то есть упрощенная схема реакции имеет вид: Для определения параметров процесса необходимо определить термодинамические данные веществ, участвующих в реакции: Для изопентана:
Для изобутилена:
Для метана:
Для воды, которая служит инертным разбавителем в данном процессе:
На основании полученных результатов определяем для температурного диапазона термодинамические параметры процесса, константу равновесия и степень конверсии реагентов:
Для данного процесса степень конверсии рассчитывается по формуле: Рассчитаем равновесную степень конверсии при давлении 1 атм, отсутствии инертных разбавителей. Результаты расчетов приведены в таблице:
График зависимости представлен на рисунке: Как видно, для ведения процесса подходит температура в интервале от 600 до 800К. Состав равновесной смеси при изменении температуры ведения процесса представлен в таблице:
Поскольку процесс идет с повышением числа молей газа, имеет смысл создавать вакуум. Рассчитаем для диапазона давлений 0,1-1,2 атм и интервала температур 600-800К и отсутствии инертных разбавителей равновесную степень конверсии реагента:
Зависимость состава равновесной смеси от давления при температуре 800К показана в таблице:
Однако проводить процесс при вакууме опасно, в связи с высокой взрывоопасностью. Гораздо удобнее применять для ведения процесса инертные разбавители. Рассчитаем зависимость равновесной степени конверсии от степени разбавления водой – инертным разбавителем при 800К, 700К, 600К и пониженном давлении 0,5атм. Результаты расчетов приведены в таблице.
Рассчитаем зависимость равновесной степени конверсии от степени разбавления водой – инертным разбавителем при 800К, 700К, 600К и пониженном давлении 1атм. Результаты расчетов приведены в таблице.
Таким образом, термодинамический анализ показал, что для достижения максимальной степени конверсии реагента процесс пиролиза изопентана проводится при температуре 700-800К, пониженном давлении около 0,5 атм или степени разбавления водой 25-30 моль Н2 О /моль изопентана. Лабораторная работа №3 При исчерпывающем жидкофазном алкилировании фенола изобутиленом получена реакционная масса, состав которой определяется равновесием реакций позиционной изомеризации и переалкилирования в системе, представленной фенолом, 2-ТБФ, 1,4-диТБФ, 2,6-диТБФ, 2,4,6-триТБФ. Решение: Выбираем независимые реакции в системе.
Обозначим за неизвестную концентрацию
|