166021 (Теория химических процессов органического синтеза)
Описание файла
Документ из архива "Теория химических процессов органического синтеза", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "химия" из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "курсовые/домашние работы", в предмете "химия" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "166021"
Текст из документа "166021"
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 №3
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:
| Т, К | ∆Н, кДж/моль | S ,Дж/моль*К |
| 298 | -154,47 | 343,59 |
| 300 | -154,68 | 344,34 |
| 400 | -163,64 | 383,34 |
| 500 | -171,00 | 420,74 |
| 600 | -176,86 | 456,39 |
| 700 | -181,33 | 490,28 |
| 800 | -184,64 | 522,37 |
| 900 | -186,82 | 552,79 |
| 1000 | -188,03 | 581,62 |
Для изобутилена:
| Т, К | ∆Н, кДж/моль | S ,Дж/моль*К |
| 298 | -16,90 | 293,59 |
| 300 | -17,03 | 294,18 |
| 400 | -22,72 | 322,92 |
| 500 | -27,61 | 349,87 |
| 600 | -31,71 | 375,26 |
| 700 | -35,02 | 399,15 |
| 800 | -37,66 | 421,66 |
| 900 | -39,62 | 442,96 |
| 1000 | -40,96 | 463,13 |
Для метана:
| Т, К | ∆Н, кДж/моль | S ,Дж/моль*К |
| 298 | -74,85 | 186,27 |
| 300 | -74,89 | 186,52 |
| 400 | -77,95 | 197,44 |
| 500 | -80,75 | 207,15 |
| 600 | -83,26 | 216,15 |
| 700 | -85,35 | 224,68 |
| 800 | -87,11 | 232,80 |
| 900 | -88,49 | 240,58 |
| 1000 | -89,54 | 248,03 |
Для воды, которая служит инертным разбавителем в данном процессе:
| Т, К | ∆Н, кДж/моль | S ,Дж/моль*К |
| 298 | -241,84 | 188,74 |
| 300 | -241,84 | 188,95 |
| 400 | -242,84 | 198,70 |
| 500 | -243,84 | 206,48 |
| 600 | -244,76 | 212,97 |
| 700 | -245,64 | 218,66 |
| 800 | -246,48 | 223,76 |
| 900 | -247,19 | 228,36 |
| 1000 | -247,86 | 232,67 |
На основании полученных результатов определяем для температурного диапазона термодинамические параметры процесса, константу равновесия и степень конверсии реагентов:
