Получение акролеина газофазным окислением пропилена кислородом воздуха (стр. 3 из 9)
A + Y
E + DДля облегчения расчетов выпишем значения следующих величин: скорости реакций, константы скорости:
где
Пропилен образует с воздухом взрывоопасные смеси, поэтому применяют начальную концентрацию пропилена в воздухе меньше нижнего предела взрываемости
=1,9% (мол).Дифференциальная селективность для реактора полного смешения
- дифференциальная селективность. 
Т.к. получение акролеина является газофазным процессом, то коэффициент изменения объёма зависит от начального и конечного числа молей смеси:
где
Концентрации компонентов, участвующих в реакциях с учётом коэффициента изменения объёма:
Подставим
и 
в уравнение (*): 
где
Подставляем значения CA, CY, CD в уравнение (1):
Интегральная селективность для реактора идеального вытеснения:
2.2 Определение удельной производительности реактора
Для определения удельной производительности реактора записываем уравнение скорости превращения реагента А (пропилена).
где
В результате получим:
Удельная производительность РИВ:
где tРИВ – время пребывания в реакторе идеального вытеснения, с. 
Мольную концентрацию
рассчитываем из уравнения состояния идеального газа: 
,где:
Р – общее давление;
ХА – мольная доля компонента А;
Т – температура, К;
R – универсальная газовая постоянная
Пропилен образует с воздухом взрывоопасные смеси. Верхний предел взрываемости – 31% об.,
нижний – 2,8 % об., поэтому применяют начальную концентрацию пропилена в воздухе меньше нижнего предела взрываемости
=1,9% (мол).Для этого берём 1,9 объёма пропилена и добавляем к нему 98,1 объёма воздуха (всего 100%).
Состав воздуха, %(мол.): N2 – 79; O2 – 21, тогда в добавленном воздухе кислорода:
азота: 
Следовательно, в начальной газовоздушной смеси содержится:
С3Н6 – 1.9%; О2 – 20.6%; N2 – 77.5%.
Т.к. энергия активации основной реакции меньше, чем побочных, селективность будет увеличиваться с уменьшением температуры. Поэтому принимаем температуру 653К. определяем исходные концентрации пропилена и кислорода.
Определим мольное соотношение β =
На основании приведённых уравнений проводим оптимизацию процесса окисления пропилена с использованием модели идеального вытеснения. В ходе расчёта варьируем степень превращения пропилена, температуру проведения процесса. Оптимизацию проводим с использованием программы QBasic. Текст программы оптимизации представлен в приложении А, результаты оптимизации представлены в приложении Б. По полученным данным строим графики зависимости:
- интегральной селективности от температуры (рис. 2.1);
- удельной производительности от степени превращения (рис. 2.2);
- селективности от степени превращения (рис. 2.3)
Рис. 2.1 Зависимость интегральной селективности от температуры
Рис. 2.2 Зависимость удельной производительности от степени превращения
Рис. 2.3 Зависимость селективности от степени превращения
На основании полученных данных оптимальными условиями процесса окисления пропилена в акролеин являются:
Температура Т = 653К
Мольное соотношение реагентов β = 10,860
Интегральная селективность
Удельная производительность GB = 3.640·10-7
Степень превращения ХА = 0,90
Время пребывания τ = 4,4 с
3 Материальный баланс узла синтеза акролеина на 1 тонну продукта
Исходные данные для расчета:
- содержание акролеина в готовом продукте 99,5%
- пропилен содержит 1,5% примесей
- потери акролеина по всем стадиям 8,0%
- производительность установки 28000 тонн в год по товарному продукту.
В ходе синтеза протекают следующие реакции:
k1
СН2 = СН –– СН3 + О2 CH2 = CH –– COH + H2O (1)r1
Побочно протекают следующие реакции:
k2
С3Н6 + 4,5О2 3CO2 + 3H2O(2)r2
k3
С3Н6 + 3О2 3CO + 3H2O (3)r3
Процесс проводим в оптимальных условиях:
Температура Т=653 К
Мольное соотношение реагентов
Интегральная селективность
Удельная производительность GВ=3,640*10-7
Степень превращения
Время пребывания
Расчет ведем на 1 тонну товарного продукта.
Масса чистого акролеина в готовом продукте:
Масса чистого акролеина с учетом потерь по всем стадиям:
Масса потерь акролеина:
Масса пропилена, пошедшего на 1 реакцию:
Масса прореагировавшего пропилена: