Федеральне агентство з освіти
Державна освітня установа вищої професійної освіти
Самарський державний технічний університет
Кафедра: «Технологія органічного та нафтохімічного синтезу»
Курсова робота
по курсу:
«Теорія хімічних процесів органічного синтезу»
Самара
2006
Завдання № 1
При взаємодії мезітілена зі спиртом отримана реакційна маса наступного складу (% мас.): - Мезітілен - 10,39, АТ-40 - 62,25, м-ксилол - 2,23, тетраметілбензол - 14,15, вихідний спирт - 7, 98. Обчислити ступінь конверсії реагентів, селективність процесу по кожному з продуктів реакції в розрахунку на кожен реагент і вихід на пропущене сировину кожного з продуктів реакції в розрахунку на один реагент.
Рішення: найбільш ймовірна схема перетворень:
Складемо таблицю розподілу мовляв. часткою вих. речовини:
Компонент | % Мас. | М | G | Кількість мовляв. вих. в-ва | |
мезітілен | спирт | ||||
мезітілен | 10,39 | 120 | 0,0866 | b 1 = 0.0866 | 0 |
4-гідроси | 7,98 | 235 | 0,0340 | b 2 = 0 | d 1 = 0,0340 |
АТ-40 | 62,25 | 771 | 0,0807 | b 3 = 0.0807 | d 2 = 0,2422 |
м-ксилол | 2,23 | 109 | 0,0205 | b 4 = 0.0205 | 0 |
ТМБ | 14,15 | 134 | 0,1056 | b 5 = 0.1056 | 0 |
Ступінь конверсії мезітілена визначається за формулою:
Ступінь конверсії спирту:
.
Селективність продуктів у розрахунку на мезітілен розраховується за формулою: , По спирту: . Результати розрахунків наведено в табл. 1.
Таблиця 1
Компонент | Селективність | |
по мезітілену | по спирту | |
АТ-40 | 0,3904 | 1 |
м-ксилол | 0,0989 | |
ТМБ | 0,5106 |
Перевірка: , .
Вихід продуктів на пропущене сировину в розрахунку на пропилен розраховується за формулою: , У розрахунку на спирт: . Результати представлені в табл. 2:
Таблиця 2
Продукт / Пропущене сировину | мезітілен | спирт |
АТ-40 | 0,2752 | 0,8770 |
м-ксилол | 0,0697 | 0 |
ТМБ | 0,3599 | 0 |
Завдання № 2
Рішення: Схема реакції представлена на рис. 1:
Рис. 1. Дегидрирование н-бутану.
Схема реактора представлена на рис. 2.
Рис. 2. Схема теплового балансу реактора
Тепло, що входить в реактор, визначається за формулою:
, (1) тут:
,
,
- Визначено для Т = 800К з логарифмічного поліноміальною рівняння, отриманого за табличними даними;
визначено для Т вх з логарифмічного поліноміальною рівняння для С р н-пентану за допомогою функції «Пошук рішення» програми «Microsoft Excel »;
- Для 1000К визначено за табличними даними;
- Визначено для Т вх з поліноміальною рівняння для С р води за допомогою функції «Пошук рішення» програми «Microsoft Excel »;
, ,
За допомогою функції «Пошук рішення» програми «Microsoft Excel »методом найменших квадратів визначено значення Т вх = 966К.
Ентальпія реакції при даній Т вх:
Теплота реакції визначається величиною ентальпії реакції, масової витрати реагенту, ступенем конверсії реагенту.
Розглянемо, коли ступінь конверсії .
,
Відповідно до рівняння теплового балансу:
Тут: ,
- Визначено для Т вих з логарифмічного поліноміальною рівняння за допомогою функції «Пошук рішення» програми «Microsoft Excel »;
,
- Визначено для Т вих з логарифмічного поліноміальною рівняння для С р н-бутану за допомогою функції «Пошук рішення» програми «Microsoft Excel »;
,
- Визначено для Т вих з логарифмічного поліноміальною рівняння для С р бутена за допомогою функції «Пошук рішення» програми «Microsoft Excel »;
- Визначено для Т вих з логарифмічного поліноміальною рівняння за допомогою функції «Пошук рішення» програми «Microsoft Excel »;
,
За допомогою функції «Пошук рішення» програми «Microsoft Excel »методом найменших квадратів визначено значення Т вих = 931К.
Аналогічно визначаємо значення Т вих для різних значень ступеня конверсії. Отримані значення представлені в таблиці 3.
Таблиця 3
α | Т вих |
0,1 | 34 |
0,2 | 45 |
0,4 | 66 |
0,6 | 88 |
Графічна залежність перепаду температур на вході і виході від ступеня конверсії представлена на малюнку 3.
Рис. 3. Залежність адіабатичного перепаду температур від ступеня конверсії
Висновки
Як видно, характерною особливістю процесу є лінійне збільшення адіабатичного перепаду температур в зоні реактора при збільшенні ступеня конверсії вихідної речовини. Це обумовлює деякі технологічні особливості промислового процесу дегідрування н-бутану.
Реактор процесу дегидрирования являє собою колону, забезпечену провальними тарілками. Реакційна суміш подається вниз колони і пари піднімаються через тарілки, проходячи шар каталізатора. При цьому, як ясно видно з результатів розрахунків, реакційна суміш охолоджується, і процес дегидрирования сповільнюється. Щоб уникнути подібного вгору колони подається підігрітий каталізатор, регенерований в регенераторі. Більш гарячий каталізатор контактує з частково прореагованою сумішшю, і навпаки, чим досягається вирівнювання швидкостей реакції по всьому об'єму. На регенерацію закоксовавшіеся каталізатор надходить, стікаючи по десорбера, де його віддувають від вуглеводнів азотом.
Таким чином, за рахунок додаткового підігріву регенерованого каталізатора і подачі його нагору колони реактора досягається вирівнювання температури процесу.
Завдання № 1
Виконати повний кількісний аналіз процесу піролізу ізопентану з утворенням метану та изобутилена.
Дати аналіз залежностей рівноважної ступеня конверсії ізопентану і складу рівноважної суміші від варійованих параметрів.
Аргументувати технологічні особливості промислових процесів піролізу вуглеводнів і конструктивні особливості реакторів піролізу.
Рішення:
Проведемо попередній розрахунок процесу. Для цього необхідно ввести припущення, що побічних реакцій не протікає, селективність процесу за цільовим продукту 100%, тобто спрощена схема реакції має вигляд:
Для визначення параметрів процесу необхідно визначити термодинамічні дані речовин, що беруть участь в реакції:
Для ізопентану:
Т, К | Δ 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 |