Цели и задачи работы.
Рассчитать количество, объем, массу и концентрации всех веществ на входе и на выходе их реактора. Определить основные химико-технологические критерии качества протекания процесса( степень превращения, выход продукта, производительность, расходные коэффициенты).
Рассчитать основные кинетические характеристики процесса:
константы скоростей прямой и обратной реакции
скорости прямой и обратной реакции
общую (суммарную) скорость процесса
Определить их зависимость от параметров управления процессом:
температуры
давления
степени превращения.
Рассчитать равновесные параметры системы (константы равновесия, равновесная степень превращения, равновесные концентрации веществ, равновесные мольные доли). Изучить зависимость равновесных параметров от технологических (т.е. температуры и давления).
Рассчитать объемы реакторов идеального вытеснения (РИВ) и полного смешения (РПС) в различных режимах работы в зависимости от технологических параметров (температуры, давления, степени превращения, объемного расхода смеси). Определить влияние технологических параметров на экономические (себестоимость).
Индивидуальное задание
Вариант №2
А+В:=С
К01:=2.3*107 ZA1:=0.5
К02:=5.6*1010ZB1:=0.4
Е1:=43000 ZC1:=0.01
Е2:=110000 ZI1:=0.09
Материальный баланс 1.
Рассчитать материальный баланс реактора синтеза метанола. Объемный расход исходной смеси 60000м3/час. Концентрации компонентов в исходной смеси (объемные доли): водород 0,72; оксид углерода (2) 0,18; метанол 0,01, остальное метан. В конечной смеси объемная доля метанола 0,04.
Решение:
a:=2 b:=1 c:=1
Ma:=2 Mb:=2 Mc:=32 2H2+CO=CH3OH(CH4)
Given
Материальный баланс 2.
Рассчитать материальный баланс реактора синтеза метанола. Производительность 1800м3/час метанола. Концентрации компонентов в исходной смеси (объемные доли): водород 0,70; оксид углерода (2) 0,15 метанол 0,01, остальное метан. В конечной смеси объемная доля оксида углерода (2) составляет 0,14.
Решение:
a:=2 b:=1 c:=1
Ma:=2 Mb:=28 Mc:=32 Mi:=16 2H2+CO=CH3OH(CH4)
Given
3.3 Индивидуальная, равновесие
a:=1b:=1c:=1
ⱴ:=c-a-b
x:= 0.5
T:=200,215…900
P:= 1,2…10
R:=8.31
W(x):=1+
*x*ZA1
ZA2(x):=
ZB2(x):=
ZC2(x):=
ZI2(x):=
PA(x,P):=ZA2(x)*P
PB(x,P):=ZB2(x)*P
PC(x,P):=ZC2(x)*P
K1(T):=K01*e(
)
K2(T):=K02*e(
)
KP(T):=
F(x,T,P):=KP(T)*PA(x,P)a*PB(x,P)b-PC(x,P)c
XR(x,T,P):=root(F(x,T,P),x,0,1)
ZAR(x,T,P):=ZA2(XR(x,T,P))
ZBR(x,T,P):=ZB2(XR(x,T,P))
ZCR(x,T,P):=ZC2(XR(x,T,P))
ZIR(x,T,P):=ZI2(XR(x,T,P))
Индивидуальная, кинетика
a:=1 b:=1 c:=1
ⱴ:=c-a-b
x:= 0.1,0.2…1
T:=400,450…1200
P:= 0.1,0.2…10
R:=8.31
W(x):=1+
*x*ZA1
ZA2(x):=
ZB2(x):=
ZC2(x):=
ZI2(x):=
PA(x,P):=ZA2(x)*P
PB(x,P):=ZB2(x)*P
PC(x,P):=ZC2(x)*P
K1(T):=K01*e(
)
K2(T):=K02*e(
)
KP(T):=
U1(x,T,P):=K1(T)*PA(x,P)a*PB(x,P)b
U2(x,T,P):=K2(T)*PC(x,P)c
U(x,T,P):=U1(x,T,P)-U2(x,T,P)
3.5 Индивидуальная, реактора
a:=1b:=1c:=1
ⱴ:=c-a-b
x:= 0.1,0.2…1
T:=400,425…1500
P:= 0.1,0.2…10
R:=8.31 λ:=200
W(x):=1+
*x*ZA1
ZA2(x):=
ZB2(x):=
ZC2(x):=
ZI2(x):=
PA(x,P):=ZA2(x)*P
PB(x,P):=ZB2(x)*P
PC(x,P):=ZC2(x)*P
T2(T,x, λ):=T+ λ*x
K1(T):=K01*e(
)
K2(T):=K02*e(
)
KP(T):=
U1(T,x,P,λ):=K1(T,x,λ) *PA(x,P)a*PB(x,P)b
U2(T,x,P,λ):=K2(T,x,λ) *PC(x,P)c
U(T,x,P,λ):=U1(T,x,P,λ) -U2(T,x,P,λ)
V0:=10,20…10000
xk:=0.95
4.Выводы по работе.
Рассчитали материальный баланс. Проверка показала, что он рассчитан верно, поскольку среду корней одновременно отсутствуют отрицательные величины, при подстановке в уравнение получаются исходные параметры условия, и сумма масс веществ, поданных в реактор равна сумме масс веществ покинувших реактор.
Изучили зависимость равновесных параметров от технологических (температуры и давления).
Так как реакция экзотермическая (Е1<Е2), то с увеличением температуры constравновесия снижается, по принципу Ле – Шателье равновесие реакции смещается в сторону исходных веществ Аи В, по – этому мольные доли исходных веществ А и В растут, а С падает. Реакцию следует проводить при низких температурах.
Так как реакция идет с уменьшением числа молей, то с увеличением давления равновесие реакции будет смещаться в сторону вещества С, по – этому мольные доли исходных веществ с увеличением давления падают, а мольные доли вещества С растут.
Исследовали кинетические параметры, установлено, т.к. реакция экзотермическая (Е1<Е2), то с увеличением температуры скорость прямой реакции U1 будет меньше зависеть от температуры, чем уU2 (менее изогнуто), по - этому скорость суммарной реакции будет иметь максимум в области низких температур. Реакцию следует проводить при низких температурах.
Так как реакция идет с уменьшением числа молей (V<0), то с увеличением давления скорость прямой реакции будет сильнее от него зависеть, по – этому график суммарной скорости реакции будет иметь при низком давлении минимум, а при увеличении давления возрастать. Реакцию следует проводить при высоком давлении.
Так как с увеличением степени превращения (x1<x2<x3) (0,2<0,4<0,6) скорость суммарной реакции падает, тоU(0,2)>U(0,4)>U(0,6).
При постоянстве управляющих параметров(t,p) увеличение объема реактора идеального вытеснения в изотермическом режиме приведет к увеличению степени превращения. Диапазон изменения степени превращения определяется значениями управляющих параметров, т.к. от численного значения управляющих параметров зависит величина равновесной степени превращения ключевого компонента.
При увеличении объема реактора степень превращения на выходе из реактора будет увеличиваться асимптотически, приближаясь к равновесной степени превращения, но ее не достигая.
Объем реактора идеального вытеснения в адиабатическом режиме, обеспечивающий минимальную себестоимость будет соответствовать объему, обеспечивающему максимальную скорость экзотермической реакции, т.е. тот объем реактора, который позволяет реакционной смеси разогреется до оптимальной температуры.
В реакторе полного смешения при увеличении начальной температуры, требуемый объём реактора уменьшатся, т.к. растёт скорость реакции, а следовательно, уменьшается время её протекания.
При увеличении давления в РПС, его объём уменьшатся, т.к. растёт скорость реакции, а, следовательно, уменьшается время её протекания.