Расчет химического равновесия и термодинамический анализ реакционной системы (стр. 1 из 3)
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Самарский государственный технический университет
Кафедра: «Технология органического и нефтехимического синтеза»
Курсовая работа
по 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:
| Компонент | % масс. | М | G | Кол-во мол. исх. в-ва | |
| мезитилен | спирт | ||||
| мезитилен | 10,39 | 120 | 0,0866 | b1 = 0.0866 | 0 |
| 4-гидроси | 7,98 | 235 | 0,0340 | b2 =0 | d1 =0,0340 |
| АО-40 | 62,25 | 771 | 0,0807 | b3 =0.0807 | d2 =0,2422 |
| м-ксилол | 2,23 | 109 | 0,0205 | b4 =0.0205 | 0 |
| ТМБ | 14,15 | 134 | 0,1056 | b5 =0.1056 | 0 |
Степень конверсии мезитилена определяется по формуле:
Степень конверсии спирта:
.Селективность продуктов в расчете на мезитилен рассчитывается по формуле:
, по спирту: 
. Результаты расчетов приведены в табл. 1.Таблица 1
| Компонент | Селективность | |
| по мезитилену | по спирту | |
| АО-40 | 0,3904 | 1 |
| м-ксилол | 0,0989 | |
| ТМБ | 0,5106 | |
Проверка:
, 
.Выход продуктов на пропущенное сырье в расчете на пропилен рассчитывается по формуле:
, в расчете на спирт: 
. Результаты представлены в табл. 2:Таблица 2
| Продукт/Пропущенное сырье | мезитилен | спирт |
| АО-40 | 0,2752 | 0,8770 |
| м-ксилол | 0,0697 | 0 |
| ТМБ | 0,3599 | 0 |
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:
, (1) здесь: 
, 
, 
- определено для Т = 800К из логарифмического полиномиального уравнения, полученного по табличным данным; 
определено для Твх из логарифмического полиномиального уравнения для Срн-пентана с помощью функции «Поиск решения» программы «MicrosoftExcel»; 
- для 1000К определено по табличным данным; 
- определено для Твх из полиномиального уравнения для Ср воды с помощью функции «Поиск решения» программы «MicrosoftExcel»; 
, 
, 
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:
, 
- определено для Твых из логарифмического полиномиального уравнения с помощью функции «Поиск решения» программы «MicrosoftExcel»; 
, 
- определено для Твых из логарифмического полиномиального уравнения для Срн-бутана с помощью функции «Поиск решения» программы «MicrosoftExcel»; 
, 
- определено для Твых из логарифмического полиномиального уравнения для Ср бутена с помощью функции «Поиск решения» программы «MicrosoftExcel»; 
- определено для Твых из логарифмического полиномиального уравнения с помощью функции «Поиск решения» программы «MicrosoftExcel»; 
,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
| α | Твых |
| 0,1 | 34 |
| 0,2 | 45 |
| 0,4 | 66 |
| 0,6 | 88 |
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.