Теория химико-технологических процессов органического синтеза
2 Федеральное агентство по образованию. Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования. Самарский государственный технический университет. Кафедра: "Технология органического и нефтехимического синтеза" Курсовой проект по курсу: "Теория химических процессов органического синтеза" Выполнил: студент III - ХТ - 2 Степанов А.А. Руководитель: доцент, к. х. н. Нестерова Т.Н. Самара 2006 г. Задание №1 Решение: при алкилировании бензола пропиленом в присутствии любых катализаторов происходит последовательное замещение атомов водорода с образованием смеси продуктов разной степени алкилирования: Каждая из реакций при умеренной температуре является практически необратимой. Однако при катализе хлористым алюминием и достаточно жестких условиях катализа алюмосиликатами цеолитами происходит обратимая реакция переалкилирования с межмолекулярной миграцией алкильных групп. Составим таблицу распределения мол. долей исх. вещества: Таблица 1 |
Компонент | % масс. | М | G | Кол-во мол. исх. в-ва | | | | | | пропилен | бензол | | 1. пропилен | 0,05 | 42,08 | 0,0012 | 0,0012 | 0 | | 2. бензол | 1,07 | 78,11 | 0,0137 | 0 | 0,0137 | | 3. ИПБ | 45,00 | 120, 20 | 0,3744 | 0,3744 | 0,3744 | | 4. о-диИПБ | 0,25 | 162,28 | 0,0015 | 0,0031 | 0,0015 | | 5. п-диИПБ | 15,00 | 162,28 | 0,0924 | 0,1849 | 0,0924 | | 6. м-диИПБ | 30,28 | 162,28 | 0,1866 | 0,3732 | 0,1866 | | 7.1,2,4-триИПБ | 1,15 | 204,36 | 0,0056 | 0,0169 | 0,0056 | | 8.1,3,5-триИПБ | 7, 20 | 204,36 | 0,0352 | 0,1057 | 0,0352 | | |
Степень конверсии пропилена определяется по формуле: Степень конверсии бензола определяется по формуле: Селективность по отношению к пропилену по рассматриваемым продуктам рассчитывается по формуле: , по отношению к бензолу: . Результаты расчетов приведены в табл.2. Таблица 2 |
Селективность по | По отношению к | | | пропилену | бензолу | | ИПБ | 0,3538 | 0,5381 | | о-диИПБ | 0,0029 | 0,0022 | | п-диИПБ | 0,1747 | 0,1328 | | м-диИПБ | 0,3527 | 0,2682 | | 1,2,4-триИПБ | 0,0160 | 0,0081 | | 1,3,5-триИПБ | 0,0999 | 0,0506 | | У | 1,0000 | 1,0000 | | |
Проверка: , , . Выход продуктов на пропущенный пропилен рассчитывается по формуле: , выход продуктов на пропущенный бензол рассчитывается по формуле: . Результаты расчетов представлены в табл.3: Таблица 3 |
Выход | По отношению к | | | пропилен | бензол | | ИПБ | 0,3534 | 0,5277 | | о-диИПБ | 0,0029 | 0,0022 | | п-диИПБ | 0,1745 | 0,1303 | | м-диИПБ | 0,3523 | 0,2630 | | 1,2,4-триИПБ | 0,0159 | 0,0079 | | 1,3,5-триИПБ | 0,0998 | 0,0497 | | У | 0,9989 | 0,9807 | | |
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 |
б | 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 Вариант 24 Выполнить полный теоретический анализ процесса получения изопрена разложением 4,4-диметилоксана-1,3. Термодинамический анализ 1. Определим энтальпию и энтропию рассматриваемых соединений. Для этого используем метод Бенсона по атомам с их первым окружением. Изопрен Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для и , вводим набор поправок: Поправки на гош-взаимодействие отсутствуют. Поправка на симметрию: , Таблица 1 |
| Кол-во вкладов | Вклад | Вклад в энтальпию, кДж/моль | Вклад | Вклад в энтропию Дж/К*моль | Вклад | Вклад в т/емкость Дж/К*моль | | СН2= | 2 | 26,2 | 52,4 | 115,57 | 231,14 | 21,350 | 42,7 | | =С-(2С) | 1 | 43,28 | 43,28 | -53,16 | -53,16 | 17,160 | 17,16 | | =СН-(С=) | 1 | 28,38 | 28,38 | 26,71 | 26,71 | 18,67 | 18,67 | | СН3-(С=) | 1 | -42, 19 | -42, 19 | 127,29 | 127,29 | 25,91 | 25,91 | | ? | 5 | | 81,87 | | 331,98 | | 104,44 | | поправка на симм. | унар= | 1 | у внутр= | 3 | -9,134 | | | | | | | 81,87 | | 322,846 | | 104,440 | | |
Страницы: 1, 2
|