Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет)

Кафедра Экономики и логистики Факультет Экономики и менеджмента

Курс 2

Группа 6707-2

Учебная дисциплина Основы промышленной технологии и экология

Курсовая работа

Студент Румянцева В.В.

Руководитель, Александрова Ю.В.

должность

Оценка

за работу ________

Санкт-Петербург

2012

Содержание

1.Материальный баланс 2

Применение материального баланса 2

2.Равновесие 9

3.Кинетика 14

4.Реактора 20

1.Материальный баланс

Материальный баланс – вещественное выражение закона сохранения массы вещества, согласно которому извлечённый объём равен сумме изменения первоначального и привнесённого объёмов. Применительно к материальному балансу любого технологического процесса это означает, что масса веществ, поступивших на технологическую операцию – приход, равна массе полученных веществ – расходу. Материальный баланс составляют по уравнению основной суммарной реакции с учетом параллельных и побочных реакций.

Применение материального баланса

• подсчёт балансовых запасов нефти и газа,

• расчёт размеров газовой шапки,

• диагностика и расчёт притока воды,

• расчёт параметров (характеристик) притока воды,

• подтверждение механизма добычи (нефтеотдачи),

• расчёт зависимости закачки/извлечения нефти.

Материальный баланс непрерывно действующих проточных реакторов составляется для установившегося (стационарного) режима, при котором общая масса веществ, поступивших в аппарат за данный период времени, равна массе веществ, вышедших из аппарата. Количество же всех веществ в аппарате постоянно, т. е. накопления или убыли суммарного количества веществ не происходит.

Материальный баланс считается решенным, когда найдены все: мольные Ni (кмоль/час), объемные Vi (м³ /час), массовые Mi (кг/час) потоки компонентов, а также их мольные доли Zi на входе и на выходе из системы. При этом суммарный массовый поток на входе в систему (М₀₁ ) должен быть равен суммарному массовому потоку а выходе из неё (М₀₂),(по закону сохранения массы М₀₁=М₀₂), а сумма мольных долей равна 1.

Ряд фундаментальных понятий.

Количество вещества определяется совокупностью структурных элементов (атомов молекул, ионов и т.п). Количество вещества измеряют в молях. Молем называют такое количество вещества, в котором содержится столько же структурных элементов (или их групп), сколько в 12 граммах изотопа углерода С₁₂. Это число называют постоянной Авогадро. Постоянная Авогадро равна приблизительно 6,02252*10²³ киломоль^-1 ( или 6,02252*10²⁶ киломоль^-1) структурных элементов.

Молярной массой называют отношение массы вещества к количеству вещества. Иначе говоря, молярная масса – это масса одного киломоля.

Молярный объем – это отношение объема вещества к количеству вещества. Иначе говоря, молярный объем – это объем одного киломоля газообразного вещества, взятый при нормальных условиях.

Потоки смеси обозначим как N₀₁ и N₀₂ (кмоль/с) . Индекс «ноль» указывает на то, что речь идет о потоке смеси, а цифра указывает на номер смеси.

Стационарным режимом работы реактора называют режим, при котором все параметры процесса во времени не изменяются.

Условие стационарности заключается в том, что алгебраическая сумма скоростей подвода и отвода каждого из веществ равна нулю. Количество уравнений в системе равно количеству веществ, принятых в расчет, в том числе и инертных.

Массовый поток смеси – это сумма массовых потоков компонентов. По формуле (1) выражаем через парциальные мольные потоки :

(1)

Концентрации веществ в газовых смесях удобно измерять в мольных долях.

Мольная доля вещества это отношение мольного потока вещества к мольному потоку смеси. Например, мольная доля вещества А в исходной газовой смеси Z_A1 по формуле (2) представляет собой отношение количества киломолей вещества A N_A1 к количеству киломолей смеси N₀₁.

Интенсивность это отношение производительности к объему реактора.

Расходный коэффициент показывает, сколько тонн исходного вещества требуется для производства одной тонны продукта.

Стехиометрический показатель (функционал). Функционалом называют математическое выражение, указывающее соотношение между реагирующими веществами в виде некоторого соотношения.

Ключевое вещество - это одно из исходных веществ, которое находиться в недостатке от стехиометрии.

Степень превращения (конверсии) исходного вещества – это отношение количества вещества (объема, массы), вступившего в химическое взаимодействие (по всем реакциям), к количеству этого же вещества на входе в реактор.

По формуле (3) селективность (S) – это отношение количества образовавшегося целевого продукта к количеству превращенного сырья с учетом стехиометрических соотношений. Обычно этот показатель применяют для двух или нескольких параллельных реакций.

Масса продукта, образовавшегося в химической реакции, называется её выходом. Выход продукта, вычисленный на основе химического уравнения, называется теоретическим выходом.

Действительный выход, полученный в эксперименте или промышленном процессе, называется фактическим выходом. Когда фактический выход оказывается равным теоретическому, говорят, что реакция имеет количественный выход. Химическую реакцию, протекающую с количественным выходом, называют стехиометрическим процессом.

Однако органические химические реакции обычно не имеют количественного выхода. В таких случаях приходиться вычислять относительный выход. Он является безразмерным, т.к. числитель и знаменатель относятся к одному и тому же веществу, количество которого взято в одних и тех же единицах. По формуле (4) относительный выход определяется следующим соотношением:

В том случае, если выход выражен в относительных единицах, например, в процентах, из самого выбора единиц ясно, что речь идет об относительном выходе.

Выход (относительный) конечного продукта есть отношение фактического количества продукта к теоретически возможному количеству в расчете на поданное сырье.

Задача 1.

Рассчитать материальный баланс реактора синтеза метанола. Объемный расход конечной смеси 50000/час. В исходной смеси объемная доля водорода 0,72; остальное оксид углерода(2); метанол и метан. Концентрации компонентов в конечной смеси (объемные доли): водород 0,70; оксид углерода(2) 0,16; метанол 0,05; остальное метан

С

2 28 32 16

Решение:

Задача 2.

Рассчитать материальный баланс реактора синтеза метанола. Производительность 1500метанола. Концентрации компонентов в исходной смеси: водород 0,60; оксид углерода(2) 0,12; метанол 0,01; остальное метан. В конечной смеси объемная доля метанола составляет 0,03.

Решение: