Химия : Теория химико-технологических процессов органического синтеза

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

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

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

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

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

Для повышенных температур энтальпия и энтропия определяется по формулам:

,

,

Для расчета из таблицы Бенсона выпишем парциальные вклады соответствен-но для 298К, 400К, 500К, 600К, 800К и 1000К.

Определим по формулам энтальпии образования и энтропии изопрена для диапазона температур от 298К до 1000К и стандартного давления. Результаты расчетов приведены в таблице:

Теплоемкости возьмем экспериментальные из таблицы:

Продолжение.

4,4-диметилоксан-1,3

Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для и , вводим набор поправок:

Поправки на гош-взаимодействие отсутствуют.

Поправка на симметрию:

,

Таблица 1

Продолжение.