Химическая технология: получение акролеина и акриловой кислоты
Акролеин как простейший альдегид этиленового ряда, его получение методом окисления олефинов по насыщенному атому углерода. Расчет материального и теплового балансов стадии синтеза. Термодинамический анализ основной реакции и расчет константы равновесия.
| Рубрика | Химия |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.03.2015 |
| Размер файла | 546,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- Введение
- 1. Материальный баланс стадии синтеза
- 2. Тепловой баланс стадии синтеза
- 3. Термодинамический анализ основной реакции и расчет константы равновесия
- 4. Кинетические расчеты
- 5. Принципиальная технологическая схема стадии синтеза
- Список литературы
Введение
Практическое значение процессов окисления в промышленности основного органического и нефтехимического синтеза трудно переоценить. Их первостепенную роль обусловили следующие причины:
1) большая ценность соединений получаемых окислением (спиртов, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот и их ангидридов, нитрилов и т.д.)
2) широкое многообразие реакций окисления, к которым способны органические вещества, в том числе и углеводороды всех классов.
3) доступность и низкая себестоимость большинства окислителей, среди которых главное место занимает кислород воздуха.
Изложенные причины привели к тому, что окислительные процессы получили большое распространение в органическом синтезе. Для осуществления ряда процессов большое значение приобрело гетерогенно-каталитическое окисление (окисление олефинов по насыщенному атому углерода, прямой синтез этиленоксида).
Методом окисления олефинов по насыщенному атому углерода получают акролеин и акриловую кислоту.
Акролеин - простейший альдегид этиленового ряда. Он может быть использован для разнообразных синтезов, основанных на реакциях присоединения по двойной связи и на реакциях карбонильной группы, а также для диеновых синтезов, характерных для соединений с сопряженными двойными связями.
Акролеин - жидкость с резким раздражающим запахом. Он хорошо растворим в воде и образует с ней азеотропную смесь. При длительном хранении или нагревании легко полимеризуется в циклические или линейные полимеры, что заставляет при его переработке использовать добавки ингибиторов. Акролеин широко применяется для получения акриловой кислоты и эфиров, аллилового спирта, синтетического глицерина и других продуктов, в том числе метионина, являющегося ценной добавкой к корму для птиц.
1. Материальный баланс стадии синтеза
Данные для расчета материального баланса:
Основная реакция СН2=СН-СН3 + О2 = СН2=СН-СНО + Н2О (1)
Побочные реакции: 2СН2=СН-СН3 + О2= 2СН3С (О) СН3 (2)
2СН2=СН-СН3 +9 О2 = 6СО2 + 6 Н2О (3)
Таблица № 1
|
Производительность реактора, т/г Число дней работы реактора в году, n Технологический выход продукта, f, % |
9500 340 97,0 |
||
|
Степень превращения ХА, % |
6 |
||
|
Селективность реакций, % |
Основной (1) |
75 |
|
|
побочной (2) |
19 |
||
|
Состав пропилено-воздушной смеси % (об.) |
пропилен |
9,5 |
|
|
примесь - пропан |
2,5 |
||
|
воздух |
88 |
||
|
Состав воздуха, (% об.) |
азот |
79,0 |
|
|
кислород |
21 |
Физические свойства веществ, участников реакции представлены в таблице № 2.
Таблица № 2
|
Вещества |
Свойства |
||||
|
Молекулярная масса |
Плотность, кг/м3 |
Тпл, 0С |
Ткип, 0С |
||
|
С3Н6 |
42 |
233 |
-187,65 |
-47,7 |
|
|
С3Н8 |
44 |
2,019 |
-187,69 |
-42,7 |
|
|
О2 |
32 |
||||
|
N2 |
28 |
||||
|
С3Н4О |
56 |
838,9 |
-86,95 |
52,69 |
|
|
Н2О |
18 |
998,2 |
|||
|
С3Н6О |
58 |
790,5 |
|||
|
СО2 |
44 |
Приход
1) Количество пропилена, требуемое для получения 0,356 кмоль/мин акролеина:
.
2) Количество пропилена с учетом селективности:
.
3) Количество пропилена, требуемое для получения акролеина с учетом степени превращения:
. (177, 408 м3/мин)
4) Количество пропилена, пошедшее на побочные реакции:
Gn,4 = Gn,2 - Gn,1 = 0,475 - 0,356 = 0,119 кмоль/мин.
5) Селективность второй побочной реакции:
.
6) Количество пропилена, пошедшего на 1-ую побочную реакцию:
7) Количество пропилена пошедшего на 2-ую побочную реакцию:
8) Количество непрореагировавшего пропилена:
Gn,7 = Gn,3 - Gn,2 = 7,92 - 0,475 = 7,445 кмоль/мин.
9) Процентное содержание кислорода и азота воздуха в пропилено-воздушной смеси
объем кислорода в смеси
объем азота в смеси
10) Объем кислорода и азота в смеси (определяется по пропилену):
177, 408 - 9,5 %, Х - 18,48 % Gn,8 (О2) =345,1 м3/мин или 15,4 кмоль/мин.
177,408 - 9,5 %, Х - 69,52 %Gn,9 (N2) =1298 м3/мин или 57,95 кмоль/мин.
11) Количество примеси пропан:
177,408 - 9,5 %, Х - 2,5 %Gn,10 =46,68 м3/мин или 2,084 кмоль/мин.
12) Количество кислорода, пошедшего на основную реакцию:
13) Количество кислорода, пошедшего на 1-ую побочную реакцию:
14) Количество кислорода, пошедшего на 2-ую побочную реакцию:
15) Количество непрореагировавшего кислорода:
Gn,14 = Gn,8 - Gn,11 - Gn,12 - Gn,13= 15,4-0,356-0,0452-0,1285= 14,8703 кмоль/мин.
Расход
16) Количество акролеина, образовавшего в основной реакции:
.
17) Количество воды, образовавшего в основной реакции:
18) Количество 2СН3С (О) СН3, образовавшего в первой побочной реакции:
19) Количество СО2, образовавшего во второй побочной реакции:
20) Количество воды, образовавшейся во второй побочной реакции:
Таблица № 3. Материальный баланс синтеза акролеина
|
Сырье |
Приход |
||||||
|
кмоль/мин. |
% моль |
кг/мин |
% масс. |
м3/мин |
% об. |
||
|
С3Н6 (42) С3Н8 (44) О2 (32) N2 (28) |
7,92 2,084 15,4 57,95 |
9,5 2,5 18,48 69,52 |
332,64 91,696 492,8 1622,6 |
13,1 3,61 19,4 63,89 |
177,408 46,68 345,1 1298 |
9,5 2,5 18,48 69,52 |
|
|
Итого |
83,354 |
100 |
2539,74 |
100 |
1867,18 |
100 |
|
|
Продукты реакции |
Расход |
||||||
|
1. С3Н4О (56) 2. Н2О (сумм) (18) 3 С3Н6 (непр.) (42) 4. С3Н6О (58) 5. О2 (непрореаг) 6. СО2 7. Н3Н8 (44) 7. N2 (28) |
0,356 0,4417 7,445 0,09044 14,8703 0,0857 2,084 57,95 |
0,427 0,53 8,935 0,109 17,847 0,104 2,501 69,547 |
19,936 7,9506 312,69 5,245 475,85 3,7708 91,69 1622,6 |
0,785 0,313 12,31 0, 207 18,74 0,148 3,61 63,887 |
7,974 9,895 166,77 2,025 333,095 1,92 46,68 1298 |
0,427 0,53 8,936 0,108 17,847 0,103 2,5 69,55 |
|
|
Итого |
83,324 |
100 |
2539,74 |
100 |
1866,36 |
100 |
2. Тепловой баланс стадии синтеза
Таблица № 4. Данные для расчета теплового баланса
|
Температура исходных реагентов 0 С |
315 |
|
|
Температура продуктов реакции 0 С |
395 |
|
|
Тепловые потери от прихода тепла % |
9 |
Термодинамические параметры веществ, участников реакции представлены в таблице № 5:
Таблица № 5
|
Вещество |
?Н298 |
Сp = ѓ (t) Дж/моль. К |
||||
|
кДж/моль |
а |
в*103 |
с*106 |
с/*10-5 |
||
|
С3Н6 |
20,41 |
12,44 |
188,38 |
-47,6 |
- |
|
|
С3Н8 |
-103,9 |
-4,80 |
307,3 |
-160,16 |
- |
|
|
О2 |
0 |
31,46 |
3,39 |
- |
-3,77 |
|
|
N2 |
191,5 |
27,88 |
4,27 |
- |
- |
|
|
С3Н4О |
-80,77 |
31,26 |
150 |
-49,06 |
- |
|
|
Н2О |
-241,81 |
30 |
10,71 |
- |
0,33 |
|
|
С3Н6О |
-217,57 |
22,47 |
201,8 |
-63,5 |
- |
|
|
СО2 |
-393,51 |
44,14 |
9,04 |
- |
-8,54 |
1. Количество тепла, которое поступает с исходными реагентами:
Тисх= 315+273=588 К.
1.1 Определим количество тепла, которое поступает в реактор с пропиленом:
СрС3Н6 =а+вТi+cTi2 =12,44 + 188,3810-3 588 - 47,610-6 5882 = 106,75 Дж/мольК,
QС3Н6 = GiCpiTi = 7,92 106,75 588 = 497130 кДж/мин.
1.2 Определим количество тепла, которое поступает с примесью пропан:
СрС3Н8 =а+вТi+cTi2 = - 4,8+307,3 10-3588 - 160,1610-65882 = 120,52 Дж/мольК
QС3Н8 = GiCpiTi = 2,084 210,52 588=147684 кДж/мин.
1.3 Определим количество тепла, которое поступает с кислородом воздуха:
СрО2 =а+вТi+c // Ti2 = 31,46+3,3910-3588 - 3,77105/5882= 32,36 Дж/мольК,
Q О2 = GiCpiTi = 15,4 32,36 588=293026 кДж/мин
1.4 Определим количество тепла, которое поступает с азотом воздуха:
СрN2 =а+вТi+c // Ti2= 27,88+4,2710-3588=30,39 Дж/мольК
Q N2 = GiCpiTi = 57,95 30,39 588= 1035527 кДж/мин
Суммарное количество тепла, которое поступает в реактор с исходными реагентами:
= 497130 + 147684 + 293026+1035527 = 1973367 кДж/мин.
2. Определим количество тепла, выделяющееся в результате химического превращения.
2.1 Рассчитаем тепловой эффект химических реакций при температуре
Тj = 668К
Основная реакция: СН2=СН-СН3 + О2 = СН2=СН-СНО + Н2О
= ( (-80,77) + (-241,81)) - (20,41+0) =-342,99 кДж/моль
= (31,26+30) - (12,44+31,46) =17,36
= (150+10,71) 10-3 - ( (188,38+3,39) 10-3) =-31,0610-3
= ( - 49,0610-6) - (-47,710-6) = - 1,46 10-6
=0,33105 - (-3,77105) =4,1105
=
=-324,99103+17,36 (668-298)
=-341487 кДж/моль,
Gi (j), = - (-341487 0,356) =121569 кДж/мин
2.2 Тепловой эффект для первой побочной реакции:
2СН2=СН-СН3 + О2= 2СН3С (О) СН3
= (2 (-217,57)) + (220,41+10) =-457,96 кДж/моль
= (222,47) - (212,44+31,46) =-11,14
= (2201,8) 10-3 - ( (2188,38+3,39) 10-3) =23,6110-3
= 2 ( - 63,510-6) - (2 (-47,710-6) +10) = - 31,8 10-6
=0- (-3,77) 105 =-3,77105
=
=-475,96103+ ( (-11,14) (668-298))
= - 479442 Дж/моль,
Gi (j), = - (-479442 0,09044) =43360 кДж/мин
2.3 Тепловой эффект для второй побочной реакции:
= (6 (-393,51) + 6 (-241,81) _- (220,41+90) = - 3852 кДж/моль
= (644,14+630) - (212,44+931,46) =136,82
= (69,04+610,71) 10-3) - ( (2188,38+93,39) 10-3) = - 288,710-3
= (60+60) - (2 (-47,710-6)) = 95,2 10-6
= (6 (-8,54) +60,33) 105 - (20+9 (-3,77105) =-15,33105
=
=-3852103+136,82 (668-298))
= - 3847899 Дж/моль
Gi (j), = - (-3847899 (0,08568+0,08568) =659375 кДж/мин
Суммарное количество тепла, выделяемое в ходе химической реакции:
121569 +43360 +659375 = 824304 кДж/мин.
-
реакция экзотермическая, его значение ставим в приход теплового баланса.
3. Так как при данной температуре не происходит фазовое превращение, то Qф = 0
Расход тепла
4. Определим количество тепла, требуемое для нагревания исходных реагентов до температуры реакции.
Так как температура реакции на входе в реактор отличается от температуры в зоне реакции, то теплоемкость веществ участников реакции рассчитаем при средней температуре:
Тср = (588+668) /2 = 628 К.
4.1 Количество тепла, необходимое для нагревания пропилена до температуры реакции:
СрС3Н6 = а + вТср + сТср2 = 12,44 + 188,3810-3 628 - 47,610-6 6282=111,969 Дж/моль*К
QС3Н6 = 7,92 111,969 (668-588) =70943 кДж/мин
4.2 Количество тепла, необходимое для нагрева азота до температуры реакции:
СрN2 = а + вТср + с // Тср2 = 27,88 + 4,2710-3 628=30,56 Дж/моль*К
QС3Н6 = 57,95 30,56 (668-588) =141676 кДж/мин
4.3 Количество тепла, необходимое для нагрева кислорода до температуры реакции:
СрО2 = а + вТср + с // Тср2 = 31,46 + 3,3910-3 628+ (-3,7710-6) /6282=32,63 Дж/моль*К
QО2 = 32,63 15,4 (668-588) =40200 кДж/мин
4.4 Количество тепла, необходимое для нагрева пропана:
СрС3Н8 = а + вТср + сТср2 = - 4,80 + 307,310-3 628 - 160,1610-6 6282 =125,0 Дж/моль*К
QС3Н6 = 2,084 125 (668-588) =20840 кДж/мин
Суммарное количество теплоты, которое необходимо для нагрева исходных реагентов до температуры реакции:
= 70943 +141676 +40200+20840 =273659 кДж/мин.
5. Количество тепла, которое выходит из реактора с продуктами реакции при температуре Tj = 668 K,
5.1 Количество тепла, которое выходит с акролеином:
СрС3Н4О = а + вТср + сТср2 = 31,26 + 15010-3 668 - 49,0610-6 6682 =109,56 Дж/моль*К, QС3Н4О = 0,356 109,56 668=26054 кДж/мин
5.2 Количество тепла, выходящее с водяным паром (суммарное)
СрН2О = а + вТср + с // Тср2 = 30 + 10,7110-3 668+ (0,33105) /6682=37,23 Дж/моль*К
QН2О = 0,4417 37,23 668=10984,9 кДж/мин
5.3 Количество тепла, выходящее с ацетоном:
СрС3Н6О = а + вТср + сТср2 = 22,47 + 201,810-3 668 - 63,510-6 6682 =128,93 Дж/моль*К
QС3Н6О = 0,09044 128,93 668=7789 кДж/мин
5.4 Количество тепла, выходящее с углекислым газом:
СрСО2 = а + вТср + с // Тср2 = 44,14 + 9,0410-3 668- (8,54105) /6682=48,26 Дж/моль*К, QСО2 = 0,0857 48,28 668=2763 кДж/мин
5.5 Количество тепла, выходящее с пропаном (примесью):
СрС3Н8 = а + вТср + сТср2 = - 4,8 + 307,310-3 668 - 160,1610-6 6682 =129 Дж/моль*К
QС3Н8 = 2,084 129 668=179582 кДж/мин
5.7 Количество тепла, выходящее с непрореагировавшим кислородом:
СрО2 = а + вТср + с // Тср2 = 31,46 + 3,3910-3 668+ (-3,77105) /6682=33,22 Дж/моль*К
QО2 = 14,8703 33,22 668=329986 кДж/мин
5.8 Тепло с непрореагировавшим пропиленом:
СрС3Н6 = а + вТср + сТср2 = 12,44 + 188,3810-3 668 - 47,610-6 6682 =117,04 Дж/моль*К
QС3Н6 = 7,445 117,04 668=582070 кДж/мин
5.9 Количество тепла выходящее с азотом (примесь):
СрN2 = а + вТср + с // Тср2 = 27,88 + 4,2710-3 668=30,73 Дж/моль*К
QN2 = 57,95 30,73 668=1189576 кДж/мин
Суммарное количество тепла, которое выходит из реактора с продуктами реакции:
=26054 +10984,9 +7789+ 2763 + 179582 + 329986+582070+1189576 = 2328804 кДж/мин.
6. Определим потери тепла:
Qприход = ?Qi. + ?Qr = 1973367 +824304 =2797671 кДж/мин,
Qпотерь = 0,09 2797671 = 251790 кДж/мин.
7. Определим количество тепла, отводимое (подводимое) от реактора при помощи теплоносителя (хладагента):
Орасход = Qj + Qнагр. + Qпотерь=2328804 +273659 +251790 =2854253 кДж/мин,
QF = 2854253 - 2797671 = 56582 кДж/мин.
QF > 0, тепло необходимо подводить, его значение ставим в расход тепла с отрицательным знаком.
8. Исходя из тепловой нагрузки на реактор определим поверхность теплообмена.
F= где QF=56582 кДж/мин.
Kt= 48=
Принимаем начальную температуру хладагента 500С, конечную
200 0С
355-50=305 0С
355-200=155 0С
==0С
F=м2
Результаты расчетов сводим в таблицу теплового баланса.
Таблица № 6. Тепловой баланс стадии синтеза
|
Приход тепла |
Расход тепла |
|||||
|
Тепловой поток |
кДж/мин |
% |
Тепловой поток |
кДж/мин |
% |
|
|
Qi. |
1973367 |
70,54 |
Qj |
2328804 |
83,24 |
|
|
Qr |
824304 |
29,46 |
Qнагр |
273659 |
9,77 |
|
|
Qпотерь |
251790 |
8,99 |
||||
|
QF |
-56582 |
-2,0 |
||||
|
Итого |
2797671 |
100 |
Итого |
2797671 |
100 |
3. Термодинамический анализ основной реакции и расчет константы равновесия
Определить вероятность протекания реакции и значение константы равновесия:
СН2=СН-СН3 + О2 = СН2=СН-СНО + Н2О
|
Температурный интервал, оС |
30 - 830 |
|
|
Шаг изменения температуры, оС |
80 |
Таблица № 7. Термодинамические свойства веществ
|
Вещество |
?Hof,298,кДж/моль |
?Sof,298,Дж/мольК |
Ср = f (T) # |
|||
|
a |
b•103 |
c•106 с'•10-5 |
||||
|
Пропилен Кислород (г) Акролеин Вода (г) |
20,41 0 80,77 241,81 |
266,94 205,03 287,90 188,74 |
12,44 31,46 31,26 30 |
188,38 3,39 150 10,71 |
-47,6 3,77 49,06 0,33 |
1. Вычисляем тепловой эффект данной реакции, протекающей в заданном интервале температур.
Изменение энтальпии реакции при стандартных условиях:
?Нrо298 = - 342,99 кДж/моль, ?а = 17,36 ?b = - 31,06•10-3
?с = - 1,46•10-6 ?с' = 4,1•105
При t=30 0 C =303К
При t=830 0 C =1103К
Результаты расчета теплового эффекта при других температурах представлены в таблице
1. Определим изменение энтропии в этом интервале температур.
Изменение энтропии реакции при стандартных условиях:
При t=830 0 C =1103К
Результаты расчета изменения энтропии для остальных температур представлены в таблице.
2. Вычисляем изменение изобарно-изотермического потенциала системы (свободной энергии Гиббса) в ходе реакции при стандартном давлении Р = 1 атм. и при заданном интервале температур и оцениваем термодинамическую вероятность протекания данной реакции:
?G0r,303 = - 342927 - 303•4,8768 = - 344404 Дж/моль
?G0r,1103 = - 346166 - 1103•3,7022 = - 350323 Дж/моль
Результаты расчета значений энергии Гиббса для остальных температур представлены в таблице.
3. Из уравнения изотермы Вант-Гоффа, определяем константу равновесия реакции
Результаты проведенных расчетов сводим в таблицу зависимости термодинамических функций от температуры.
Таблица № 8. Зависимость термодинамических функций от температуры
|
№ |
Т, К |
?Н0r,T Дж/моль |
?S0r,T Дж/моль. К |
?G0r,T Дж/моль |
ln Kp |
Kp |
|
|
1 |
303 |
-342927 |
4,8768 |
-344404 |
136,71 |
2,357*1059 |
|
|
2 |
383 |
-342122 |
7,2549 |
-344900 |
108,31 |
1,09*1047 |
|
|
3 |
463 |
-341621 |
8,4549 |
-345535 |
89,76 |
9,63*1038 |
|
|
4 |
543 |
-341381 |
8,9394 |
-346235 |
76,69 |
2,03*1033 |
|
|
5 |
623 |
-341383 |
8,9395 |
-346952 |
66,98 |
1,23*1029 |
|
|
6 |
703 |
-341619 |
8,5878 |
-347656 |
59,48 |
6,8*1025 |
|
|
7 |
783 |
-342081 |
7,9677 |
-348319 |
53,5 |
1,72*1023 |
|
|
8 |
863 |
-342767 |
7,1347 |
-348924 |
48,63 |
1,31*1021 |
|
|
9 |
943 |
-343677 |
6,1281 |
-349455 |
44,57 |
2,27*1019 |
|
|
10 |
1023 |
-344810 |
4,9768 |
-349901 |
41,14 |
7,3*1017 |
|
|
11 |
1103 |
-346166 |
3,7022 |
-350323 |
38,2 |
3,89*1016 |
По рассчитанным данным строим графики зависимостей
?Н0r,T=f (T)
?S0r,T=f (T)
?G0r,T=f (T)
ln Kp=f (1/T)
Т.к. Кр>>1, равновесие в системе смещено в сторону образования продуктов реакции (выход продукта велик). Реакция имеет самопроизвольный характер на все протяжении интервала температур. Из расчета Кр видно, что выход продукта велик и при малых значения температур и дальнейшее увеличение температуры ведет к снижению скорости реакции.
Таким образом, из полученных результатов расчета видно, что во всем интервале температур реакция экзотермическая (?Нr,T <0).
4. Кинетические расчеты
Имеются экспериментальные данные зависимости концентрации реагента от времени и зависимости константы скорости реакции от температуры.
Таблица № 9. Кинетические данные
|
, сек. |
со, моль/л |
|
|
0 |
0,10 |
|
|
3 |
0,091 |
|
|
6 |
0,082 |
|
|
9 |
0,073 |
|
|
13 |
0,064 |
|
|
18 |
0,055 |
|
|
23 |
0,046 |
|
|
30 |
0,037 |
|
|
38 |
0,028 |
|
|
50 |
0,019 |
|
|
69 |
0,01 |
Таблица № 10. Экспериментальные данные константы скорости реакции от температуры
|
Температура, К |
605 |
620 |
635 |
650 |
|
|
К, с-1 |
231,73 |
267,07 |
305,76 |
347,86 |
Необходимо определить порядок реакции, энергию активации и составить полное кинетическое уравнение.
I. Определение порядка реакции.
Порядок реакции определяется методом постановки и графическим методом. Согласно метода подстановки, подставляем значения концентрации и времени в уравнения реакции.
1) Для момента времени ф=3 сек.
Для реакции первого порядка:
=
Для реакции второго порядка:
==0,329
Для реакции третьего порядка:
=
2) Для момента времени ф=6 сек
Для реакции первого порядка:
=
Для реакции второго порядка:
==0,366
Для реакции третьего порядка:
==0,7219
3) Для момента времени ф=69 сек
Для реакции первого порядка:
=
Для реакции второго порядка:
==0,7219
Для реакции третьего порядка:
=
Значения констант скоростей для времени ф.
Таблица № 11
|
№ |
k-для реакции 1-го порядка |
k-для реакции 2-го порядка |
k-для реакции 3-го порядка |
|
|
1 |
0,031 |
0,329 |
3,459 |
|
|
2 |
0,033 |
0,366 |
4,06 |
|
|
3 |
0,035 |
0,411 |
4,869 |
|
|
4 |
0,034 |
0,432 |
5,543 |
|
|
5 |
0,033 |
0,454 |
6,41 |
|
|
6 |
0,034 |
0,51 |
8,099 |
|
|
7 |
0,033 |
0,567 |
10,51 |
|
|
8 |
0,033 |
0,677 |
15,467 |
|
|
9 |
0,029 |
0,735 |
26,7 |
|
|
10 |
0,033 |
1,3 |
71,739 |
|
|
кср |
0,0328 |
0,5781 |
15,6856 |
|
|
Д % |
3,41 |
33,8 |
85,5 |
Погрешность расчета констант скоростей Д определяется:
Дабc=| Кср-К|
Дабc. ср=
Д%=
Для реакции первого порядка: Д%= %
Для реакции второго порядка: Д%=
Для реакции третьего порядка: Д%=
Как видно из проведенных расчетов, близкие между собой значения получены из уравнения I-го порядка, следовательно, реакция протекает по кинетическому уравнению
.
4) Для определения порядка реакции графическим методом, строят графические зависимости в координатах:
для реакций первого порядка,
для реакций второго порядка,
для реакций третьего порядка.
Данные для построения графиков.
Таблица № 12
|
ф сек |
С моль/л |
||||
|
3 |
0,091 |
0,094 |
10,98 |
120,75 |
|
|
6 |
0,082 |
0, 198 |
12, 19 |
148,72 |
|
|
9 |
0,073 |
0,315 |
13,69 |
187,65 |
|
|
13 |
0,064 |
0,446 |
15,625 |
244,14 |
|
|
18 |
0,055 |
0,598 |
18,18 |
330,57 |
|
|
23 |
0,046 |
0,776 |
21,74 |
472,59 |
|
|
30 |
0,037 |
0,994 |
27,03 |
730,46 |
|
|
38 |
0,028 |
1,273 |
35,71 |
1275,5 |
|
|
50 |
0,019 |
1,66 |
52,63 |
2770 |
|
|
69 |
0,01 |
2,3 |
100 |
10000 |
Прямолинейная зависимость получена в координатах lnci,0/ci, = f (ф), следовательно, исследуемая реакция первого порядка.
II Определение энергии активации.
Энергию активации определим аналитически и графически.
1) Для определения аналитическим методом используем формулу:
Дж/моль
Дж/моль
Дж/моль
Среднее значение энергии активации: <Еакт> =29514 Дж/моль
2) Строим график зависимости в координатах lnK =f (1/T).
График зависимости представлен на рисунке № 8
Таблица № 12 Данные для построения графика.
|
Т, К |
k |
lnk |
1/Т |
|
|
605 |
231,73 |
5,45 |
0,00165 |
|
|
620 |
267,07 |
5,59 |
0,00161 |
|
|
635 |
305,76 |
5,72 |
0,00157 |
|
|
650 |
347,86 |
5,85 |
0,00153 |
По графику определим тангенс угла наклона
Определим энергию активации по уравнению:
Еакт= - R = - 8,324 (-3250) = 27020, 5 Дж/моль
Относительную ошибку между значениями энергии активации, полученными аналитическим и графическим методами.
,
По графику зависимости, построенному в координатах lnK =f (1/T), определим предэкспоненциальный множитель:
Ln A0=7,43 A0=1685
и по рассчитанным значениям порядка реакции и энергии активации запишем общее кинетическое уравнение:
,
где Ао - предэкспоненциальный множитель;
n - порядок реакции.
Установлено, что реакция получения акролеина протекает по уравнению первого порядка, что подтверждается проведенными расчетами аналитическим и графическим методами и т.к. концентрация одного из реагентов находится в постоянном избытке по отношению к другому. Энергия активации для данного процесса составляет порядка 29514 Дж/моль.
5. Принципиальная технологическая схема стадии синтеза
Принципиальная схема синтеза акролеина представлена на рисунке 9.
Описание технологической схемы.
Пропилен из ёмкости Е1 смешивается с воздухом в смесителе 1 СМ1 и газодувкой Н-1 подаётся в подогреватель П1, в котором реакционная смесь подогревается до 315°С греющим паром. Из подогревателя П1 реакционная смесь поступает в реактор Р, где на катализаторе происходит окисление пропилена в акролеин. Выделяющееся тепло реакции снимается циркулирующим высокотемпературным теплоносителем (кремнийорганическая жидкость тетра-м-крезоксисилан [ТСК]). ТСК циркулирует через котёл-утилизатор КУ, в котором используется для выработки пара. После реактора реакционная смесь поступает в холодильник Х1, охлаждаемый водой. Для отделения акролеина от реакционной смеси смесь подаётся в абсорбер А1, орошаемый водой. Акролеин хорошо растворяется в воде. Водный раствор акролеина, выходящий с нижней части абсорбера А1, направляется на предварительную ректификацию в ректификационную колонну РК1. Выходящие с верха абсорбера А1 реакционные газы, содержащие непрореагировавший пропилен, кислород, а также оксид и диоксид углерода, азот, направляются на дальнейшую очистку в абсорбер А2. В ректификационной колонне РК1 акролеин и другие продукты окисления отделяются от промывной воды. Вода, вытекающая из низа ректификационной колонны РК1, направляется на орошение абсорбера А1. Акролеин и другие продукты окисления отводятся сверху ректификационной колонны РК1 и направляются на ректификацию в ректификационную колонну РК2, где происходит отделение от акролеина побочных продуктов окисления (ацетальдегид). Сверху колонны РК2 отбирается ацетальдегид, собирается в ёмкость Е2 и затем отгружается потребителям. С низа колонны РК2 отбирается акролеин-сырец, который направляется на окончательную ректификацию в ректификационную колонну РК3. С верха колонны РК3 отбирается товарный акролеин, который собирается в ёмкости Е3 и по мере накопления отгружается потребителю. С низа колонны РК3 отбирается кубовые остатки, которые собираются в ёмкости Е4 и затем направляются на обезвреживание. В абсорбере А2 реакционные газы, поступающие из абсорбера А1, очищаются от СО2. Для этого в верх абсорбера подаётся поташ. Поташ вступает в реакцию с СО2 с образованием гидрокарбоната калия:
К2СО3 + СО2 + Н2О > 2КНСО3
Очищенные от СО2 реакционные газы с верха абсорбера А2 направляются в цех обезвреживания отходов, где используются при сжигании органосодержащих промстоков. С низа колонны отбирается гидрокарбонат калия, который поступает в десорбер Д, где из него выделяется СО2. Выделившийся в десорбере СО2 направляется в цех получения углекислоты. Стекающий с низа десорбера гидрокарбонат калия снова направляется на орошение абсорбера А2.
Список литературы
1. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза - Л.: Химия, 1988-592с.
2. Краткий справочник физико-химических величин. Под ред. К.П. Мищенко и А.А. Равделя - Л.: Химия, 1972-80c.
3. Расчеты химико-технологических процессов под ред. Мухленова И.П. - Л.: Химия, 1977-80с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Химические свойства и получение в промышленности изопропилового спирта, его применение. Расчет теоретического и практического материального баланса, термодинамический анализ реакций. Расчет изменения энтропии, константы равновесия, теплоты сгорания.
курсовая работа [265,6 K], добавлен 08.03.2011Свойства и применение ацетальдегида, методы получения. Электронная структура реагентов и продуктов реакции, термодинамический анализ, исходные данные для расчёта. Получение ацетальдегида, анализ факторов, влияющих на протекание реакции окисления этилена.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 08.12.2010Физико-химические основы процесса окисления. Материальный и энергетический баланс узла синтеза. Расчет конструктивных размеров аппарата, выбор материала для его изготовления. Выбор средств контроля и автоматизации. Специфические вредности в производстве.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 03.11.2010Структурная, химическая формула серной кислоты. Сырьё и основные стадии получения серной кислоты. Схемы производства серной кислоты. Реакции по производству серной кислоты из минерала пирита на катализаторе. Получение серной кислоты из железного купороса.
презентация [759,6 K], добавлен 27.04.2015Классификация реакций окисления. Изучение особенностей теплового эффекта реакций окисления. Гомогенное окисление по насыщенному атому углерода. Гомогенное окисление ароматических и нафтеновых углеводородов. Процессы конденсации по карбонильной группе.
презентация [3,5 M], добавлен 05.12.2023Технология производства уксусной кислоты из метанола и оксида углерода. Материальный баланс реактора и стадии синтеза уксусной кислоты. Получение уксусной кислоты окислением ацетальдегида, н-бутана, н-бутенов, парафинов С4-С8. Применение уксусной кислоты.
курсовая работа [207,3 K], добавлен 22.12.2010Описание промышленных способов получения серной кислоты. Термодинамический анализ процесса конденсации и окисления диоксида серы. Представление технологической схемы производства кислоты. Расчет материального и теплового баланса химических реакций.
реферат [125,1 K], добавлен 31.01.2011Получение красителя сернистого ряда на примере красителя Сернистого ярко-зеленого Ж. Разработка схемы по его производству методом окисления п-аминофенола и N-фенил-1-нафтиамино-сульфокислоты. Расчет материального и теплового баланса. Отходы производства.
курсовая работа [135,8 K], добавлен 13.01.2012Сущность промышленного получения азотной кислоты методом окисления аммиака кислородом воздуха. Обоснование принятой схемы производства. Оценка выпускаемой продукции, исходного сырья, вспомогательных материалов. Расчеты материальных балансов процессов.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 11.08.2012Обзор возможных методов получения изобутилена. Анализ основной реакции: физические и химические свойства реагентов, их электронная структура. Особенности кинетики и механизма данной реакции. Выбор типа реактора и расчеты материального и теплового баланса.
дипломная работа [548,2 K], добавлен 11.05.2011
