Теорія хімічних процесів органічного синтезу

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

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 № 3

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

-186,82

552,79

1000

-188,03

581,62

Для изобутилена:

Т, К

Δ 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 метану:

Т, К

Δ 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 води, яка служить інертним розчинником в даному процесі:

Т, К

Δ 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 підставі отриманих результатів визначаємо для температурного діапазону термодинамічні параметри процесу, константу рівноваги і ступінь конверсії реагентів:

,

Т, К

, Дж / ​​моль

, Дж / ​​К моль

До р 0

До р, кПа

298

62718,16

136,27

0,0001

0,01

300

62760,00

136,36

0,0002

0,02

400

62969,20

137,03

0,0860

8,71

500

62634,48

136,27

3,7567

380,65

600

61881,36

135,02

46,2817

4689,49

700

60960,88

133,55

267,4475

27099,12

800

59873,04

132,09

978,1709

99113,17

900

58701,52

130,75

2647,6177

268269,87

1000

57530,00

129,54

5772,6704

584915,83

Для даного процесу ступінь конверсії розраховується за формулою:

Розрахуємо рівноважну ступінь конверсії при тиску 1 атм, відсутності інертних розріджувачів. Результати розрахунків наведено в таблиці:

Т, К

х

298

0,01

300

0,01

400

0,28

Продовження таблиці

500

0,89

600

0,99

700

1,00

800

1,00

900

1,00

1000

1,00

Графік залежності представлений на малюнку:

Як видно, для ведення процесу підходить температура в інтервалі від 600 до 800К.

Склад рівноважної суміші при зміні температури ведення процесу представлений у таблиці:

Т, К

Мол. частка в рівноважній суміші


ізопентан

изобутилен

метан

вода

298

0,9772

0,0114

0,0114

0,0000

300

0,9753

0,0124

0,0124

0,0000

400

0,5608

0,2196

0,2196

0,0000

500

0,0589

0,4705

0,4705

0,0000

600

0,0053

0,4973

0,4973

0,0000

700

0,0009

0,4995

0,4995

0,0000

800

0,0003

0,4999

0,4999

0,0000

900

0,0001

0,5000

0,5000

0,0000

1000

0,0000

0,5000

0,5000

0,0000

Оскільки процес йде з підвищенням числа молей газу, має сенс створювати вакуум. Розрахуємо для діапазону тисків 0,1-1,2 атм і інтервалу температур 600-800К і відсутності інертних розріджувачів рівноважну ступінь конверсії реагенту:

Р, атм

Р, кПа

х (Т = 600K)

х (Т = 700K)

х (Т = 800K)

0,1

10,1325

0,9989

0,9998

0,9999

0,2

20,2650

0,9978

0,9996

0,9999

0,3

30,3975

0,9968

0,9994

0,9998

0,4

40,5300

0,9957

0,9993

0,9998

0,5

50,6625

0,9946

0,9991

0,9997

0,6

60,7950

0,9936

0,9989

0,9997

0,7

70,9275

0,9925

0,9987

0,9996

0,8

81,0600

0,9915

0,9985

0,9996

0,9

91,1925

0,9904

0,9983

0,9995

1

101,3250

0,9894

0,9981

0,9995

1,1

111,4575

0,9883

0,9979

0,9994

1,2

121,5900

0,9873

0,9978

0,9994

Залежність складу рівноважної суміші від тиску при температурі 800К показана в таблиці:


Мол. частка в рівноважній суміші

Р, атм

ізопентан

изобутилен

метан

вода

0,1

0,0000

0,5000

0,5000

0,0000

0,2

0,0001

0,5000

0,5000

0,0000

0,3

0,0001

0,5000

0,5000

0,0000

0,4

0,0001

0,4999

0,4999

0,0000

0,5

0,0001

0,4999

0,4999

0,0000

0,6

0,0002

0,4999

0,4999

0,0000

0,7

0,0002

0,4999

0,4999

0,0000

0,8

0,0002

0,4999

0,4999

0,0000

0,9

0,0002

0,4999

0,4999

0,0000

1

0,0003

0,4999

0,4999

0,0000

1,1

0,0003

0,4999

0,4999

0,0000

1,2

0,0003

0,4998

0,4998

0,0000

Однак проводити процес при вакуумі небезпечно, у зв'язку з високою вибухонебезпечністю. Набагато зручніше застосовувати для ведення процесу інертні розріджувачі.

Розрахуємо залежність рівноважної ступеня конверсії від ступеня розбавлення водою - інертним розчинником при 800К, 700К, 600К і зниженому тиску 0,5 атм. Результати розрахунків наведено в таблиці.

n

х (Т = 600K)

х (Т = 700K)

х (Т = 800K)

0

0,9946

0,9991

0,9997

1

0,9964

0,9994

0,9998

5

0,9985

0,9997

0,9999

10

0,9991

0,9998

1,0000

Продовження таблиці

15

0,9994

0,9999

1,0000

20

0,9995

0,9999

1,0000

25

0,9996

0,9999

1,0000

30

0,9997

0,9999

1,0000

35

0,9997

0,9999

1,0000

40

0,9997

1,0000

1,0000

45

0,9998

1,0000

1,0000

50

0,9998

1,0000

1,0000

Розрахуємо залежність рівноважної ступеня конверсії від ступеня розбавлення водою - інертним розчинником при 800К, 700К, 600К і зниженому тиску 1атм. Результати розрахунків наведено в таблиці.

n

х (t = 600K)

х (t = 700K)

х (t = 800K)

0

0,9894

0,9981

0,9995

1

0,9929

0,9988

0,9997

5

0,9969

0,9995

0,9999

10

0,9982

0,9997

0,9999

15

0,9987

0,9998

0,9999

20

0,9990

0,9998

1,0000

25

0,9992

0,9999

1,0000

30

0,9993

0,9999

1,0000

35

0,9994

0,9999

1,0000

40

0,9995

0,9999

1,0000

45

0,9995

0,9999

1,0000

50

0,9996

0,9999

1,0000

Таким чином, термодинамічний аналіз показав, що для досягнення максимального ступеня конверсії реагенту процес піролізу ізопентану проводиться при температурі 700-800К, зниженому тиску близько 0,5 атм або ступеня розбавлення водою 25-30 моль Н 2 О / моль ізопентану.

Завдання № 4

При вичерпному жидкофазной алкілуванні фенолу ізобутіленом отримана реакційна маса, склад якої визначається рівновагою реакцій позиційної ізомеризації і переалкілірованія в системі, представленої фенолом, 2-ТБФ, 1,4-діТБФ, 2,6-діТБФ, 2,4,6-тріТБФ.

Рішення:

Вибираємо незалежні реакції в системі.

, ,

,

Позначимо за невідому концентрацію :

,

,

,

,

, Звідки:

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Хімія | Курсова
91.8кб. | скачати


Схожі роботи:
Еволюція і самоорганізація хімічних систем Макромолекули і зародження органічного життя
Різновиди хімічних процесів
Енергетичний баланс процесів синтезу молекул кисню водню та води
Основні закономірності хімічних процесів
Кінетичне і термодинамічне дослідження фізико-хімічних процесів
Кінетичне і термодинамічна дослідження фізико хімічних процесів
Визначення термодинамічної можливості протікання хімічних процесів у реакції H2Cl22HCl
Визначення термодинамічної можливості протікання хімічних процесів в реакції H2 Cl2 2HCl
Теорія економічних процесів
© Усі права захищені
написати до нас