Курсовая работа "Расчет химического равновесия и термодинамический анализ реакционной системы"

Название:
Расчет химического равновесия и термодинамический анализ реакционной системы
Тип работы:
курсовая работа
Тег:
Размер:
410,5 K
14
Скачать
Вычисление степени конверсии реагентов при взаимодействии мезитилена со спиртом, выхода продукта на пропущенное сырье. Составление схемы теплового баланса реактора. Количественный анализ процесса пиролиза изопентана с образованием метана и изобутилена.

Краткое сожержание материала:

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 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.
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.
Решен