Теория химико-технологических процессов органического синтеза (стр. 1 из 3)
Федеральное агентство по образованию.
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
образования.
Самарский государственный технический университет.
Кафедра: "Технология органического и нефтехимического синтеза"
Курсовой проект
по курсу:
"Теория химических процессов органического синтеза"
Выполнил: студент III – ХТ – 2 Степанов А.А.
Руководитель: доцент, к. х. н. Нестерова Т.Н.
Самара 2006 г.
Задание №1
Решение: при алкилировании бензола пропиленом в присутствии любых катализаторов происходит последовательное замещение атомов водорода с образованием смеси продуктов разной степени алкилирования:
Каждая из реакций при умеренной температуре является практически необратимой. Однако при катализе хлористым алюминием и достаточно жестких условиях катализа алюмосиликатами цеолитами происходит обратимая реакция переалкилирования с межмолекулярной миграцией алкильных групп.
Составим таблицу распределения мол. долей исх. вещества:
Таблица 1
| Компонент | % масс. | М | G | Кол-во мол. исх. в-ва | |
| пропилен | бензол | ||||
| 1. пропилен | 0,05 | 42,08 | 0,0012 | 0,0012 | 0 |
| 2. бензол | 1,07 | 78,11 | 0,0137 | 0 | 0,0137 |
| 3. ИПБ | 45,00 | 120, 20 | 0,3744 | 0,3744 | 0,3744 |
| 4. о-диИПБ | 0,25 | 162,28 | 0,0015 | 0,0031 | 0,0015 |
| 5. п-диИПБ | 15,00 | 162,28 | 0,0924 | 0,1849 | 0,0924 |
| 6. м-диИПБ | 30,28 | 162,28 | 0,1866 | 0,3732 | 0,1866 |
| 7.1,2,4-триИПБ | 1,15 | 204,36 | 0,0056 | 0,0169 | 0,0056 |
| 8.1,3,5-триИПБ | 7, 20 | 204,36 | 0,0352 | 0,1057 | 0,0352 |
Степень конверсии пропилена определяется по формуле:
Степень конверсии бензола определяется по формуле:
Селективность по отношению к пропилену по рассматриваемым продуктам рассчитывается по формуле:
, по отношению к бензолу: 
.Результаты расчетов приведены в табл.2.
Таблица 2
| Селективность по | По отношению к | |
| пропилену | бензолу | |
| ИПБ | 0,3538 | 0,5381 |
| о-диИПБ | 0,0029 | 0,0022 |
| п-диИПБ | 0,1747 | 0,1328 |
| м-диИПБ | 0,3527 | 0,2682 |
| 1,2,4-триИПБ | 0,0160 | 0,0081 |
| 1,3,5-триИПБ | 0,0999 | 0,0506 |
| Σ | 1,0000 | 1,0000 |
Проверка:
, 
, 
.Выход продуктов на пропущенный пропилен рассчитывается по формуле:
, выход продуктов на пропущенный бензол рассчитывается по формуле: 
.Результаты расчетов представлены в табл.3:
Таблица 3
| Выход | По отношению к | |
| пропилен | бензол | |
| ИПБ | 0,3534 | 0,5277 |
| о-диИПБ | 0,0029 | 0,0022 |
| п-диИПБ | 0,1745 | 0,1303 |
| м-диИПБ | 0,3523 | 0,2630 |
| 1,2,4-триИПБ | 0,0159 | 0,0079 |
| 1,3,5-триИПБ | 0,0998 | 0,0497 |
| Σ | 0,9989 | 0,9807 |
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 Ср н-пентана с помощью функции "Поиск решения" программы "Microsoft Excel"; 
- для 1000К определено по табличным данным; 
- определено для Твх из полиномиального уравнения для Ср воды с помощью функции "Поиск решения" программы "Microsoft Excel"; 
, 
, 
С помощью функции "Поиск решения" программы "Microsoft Excel" 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 "Microsoft Excel"; 
, 
- определено для Твых из логарифмического полиномиального уравнения для Ср н-бутана с помощью функции "Поиск решения" программы "Microsoft Excel"; 
, 
- определено для Твых из логарифмического полиномиального уравнения для Ср бутена с помощью функции "Поиск решения" программы "Microsoft Excel"; 
- определено для Твых из логарифмического полиномиального уравнения с помощью функции "Поиск решения" программы "Microsoft Excel"; 
,С помощью функции "Поиск решения" программы "Microsoft Excel" 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.