Курсовая: расчёт балансов при гидрировании ацетилена

Расчетно-пояснительная записка
к курсовой работе по дисциплине
«Теоретические основы технологических процессов переработки нефти»
на тему:
Расчет материального и теплового балансов процесса гидрирования ацетилена

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
по курсу «Теоретические основы технологических процессов переработки нефти»
Теоретическая часть:
Определение и назначение процессов гидрирования. Классификация процессов. Катализаторы процесса. Способы получения этилена. Сырьё и катализаторы процесса, химизм, механизм, термодинамика и кинетика процесса гидрирования ацетилена. Условия проведения процесса. Реакторы для проведения данного процесса. Применение этилена и др. ключевых веществ. Мировое производство. Перспективы развития процесса.
Дать характеристику реакции получения этилена, используя различные классификации реакций.
Практическая часть. Вариант 13. При гидрировании ацетилена (160 кмоль/час) образуется указанное количество следующих компонентов: этилена, бутадиена-1.3, этана, н-бутилена, цис- С₄Н₈, транс- С₄Н₈, бутана соответственно равны 34; 5; 5,5; 10,4; 6; 5,2 4,5 кмоль/ч. Требуется составить стехиометрическую матрицу и записать уравнения суммарных независимых реакций образования ключевых продуктов. Составить таблицу материального баланса и рассчитать степень конверсии ацетилена и определить селективности для целевых продуктов.
2.Рассчитать константу равновесия основной реакции при двух температурах двумя способами. Сделать соответствующий вывод. Рассчитать температуру инверсии данной реакции.
Составить тепловой баланс реактора гидрирования, если известно, что исходные реагенты входят в реактор с температурой 250^оС, после реакции температура 320^оС. Потери тепла составляют 4% от суммы прихода тепла. Для нахождения значений теплоемкостей и энтальпии образования необходимо воспользоваться справочной литературой.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ............................................................................................ 2
1.Теоретическая часть............................................................................. 4
1.1.Определение и назначение процессов гидрирования....................... 4
1.2.Классификация процессов................................................................ 8
1.3.Катализаторы процесса................................................................... 10
1.4.Способы получения этилена........................................................... 13
1.5.Сырьё и катализаторы процесса, химизм, механизм, термодинамика и кинетика процесса гидрирования ацетилена. Условия проведения процесса............... 16
1.6.Реакторы для проведения данного процесса................................... 18
1.7.Применение этилена и др. ключевых веществ................................ 21
1.8.Мировое производство.................................................................... 23
1.9.Перспективы развития процесса..................................................... 26
2.ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ................................................................. 30
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................... 40
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ................................. 41

ВВЕДЕНИЕ
Процесс окисления н-бутана представляет собой важный химический процесс в промышленности, используемый для получения различных продуктов, включая акриловую кислоту, бутаналь и другие ценные химические вещества. Н-бутан (C₄H₁₀) является одним из ключевых углеводородов, применяемых в качестве исходного материала для синтеза химических соединений, необходимых в производстве пластмасс, синтетических волокон, красителей и растворителей.
Окисление н-бутана является примером каталитического процесса, в котором н-бутан реагирует с кислородом при определенных условиях, приводя к образованию целевого продукта и побочных веществ. Эффективное управление этим процессом требует тщательного расчета как материального, так и теплового баланса, что позволяет оптимизировать условия реакции и минимизировать затраты на энергию и сырьё.
Материальный баланс в процессе окисления н-бутана необходим для определения количества исходных материалов и их распределения по продуктам реакции. Он включает в себя учет всех входящих и выходящих потоков, чтобы обеспечить соответствие между количеством подаваемого сырья и объемами получаемых продуктов и побочных веществ.
Тепловой баланс позволяет рассчитать потребление и выделение тепла в процессе реакции, что критично для управления температурой процесса, поддержания оптимальных условий и предотвращения перегрева или недогрева реакционной смеси. Это особенно важно в окислительных процессах, где высокая температура может привести к нежелательным побочным реакциям и снижению выхода целевого продукта.
В данном расчете будут рассмотрены ключевые аспекты материального и теплового баланса для процесса окисления н-бутана, включая определение входящих потоков, расчет стехиометрических коэффициентов, анализ выделения и поглощения тепла, а также разработка рекомендаций по оптимизации процесса. Анализ этих параметров обеспечит более глубокое понимание эффективности процесса и поможет в принятии решений по его улучшению.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проведенного расчета материального и теплового баланса процесса окисления н-бутана был произведен комплексный анализ ключевых параметров этого химического процесса. В рамках материального баланса были определены все входящие и выходящие потоки вещества, что позволило вычислить количество исходного н-бутана, необходимого для получения заданного объема целевых продуктов и учесть образование побочных веществ. Эти расчеты обеспечивают основу для оптимизации процесса, улучшения его эффективности и минимизации потерь сырья.
Тепловой баланс, в свою очередь, позволил провести детальный анализ выделения и поглощения тепла в процессе окисления. Были рассчитаны тепловые эффекты реакции, что имеет критическое значение для контроля температуры процесса. Управление тепловыми потоками помогает предотвратить перегрев реакционной смеси, что может привести к нежелательным побочным реакциям, а также обеспечивает поддержание оптимальных условий для достижения высокого выхода целевых продуктов.
Проведенные расчеты подтверждают важность тщательного управления как материальным, так и тепловым балансом для обеспечения эффективной работы процесса окисления н-бутана. Оптимизация этих параметров не только способствует улучшению общей эффективности процесса, но и снижению затрат на сырье и энергию.
В дальнейшем рекомендуется продолжить мониторинг и анализ данных о процессе для выявления возможных областей для дальнейшего улучшения. Внедрение полученных рекомендаций может повысить устойчивость и эффективность процесса окисления н-бутана, что приведет к улучшению качества конечных продуктов и снижению производственных издержек.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Потехин, В. М. Основы теории химических процессов технологии органических веществ и нефтепереработки : учебник для вузов / В . М. Потехин, В. В. Потехин. – Изд. 2-е изд., испр. и доп. – Санкт-Петербург: Химиздат, 2007. – 944с. – Текст: непосредственный.
2. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: учебник для вузов, 4-е изд. перераб./ Н. Н. Лебедев – Москва: Химия, 1988. – 590 с. - Текст: непосредственный.
3. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей: справочник, 2-е изд., доп. и перераб. /Н.Б.Варгафтик – Москва: Наука, 1972. – 721с. - Текст: непосредственный
4. Нестерова Т.Н., Востриков С.В. Стехиометрия, материальные и энергетические расчеты в химии и химической технологии: учебное пособие для вузов/ Т.Н. Нестерова, С.В. Востриков. - Самара: Самарский государственный университет, 2014. – 408 с. - Текст: непосредственный.Показать/скрыть дополнительное описание