База рефератов

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
Σ	1,0000	1,0000

Проверка: $IMAGE6$,

$IMAGE7$,

$IMAGE8$.

Выход продуктов на пропущенный пропилен рассчитывается по формуле: $IMAGE9$, выход продуктов на пропущенный бензол рассчитывается по формуле: $IMAGE10$.

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
Σ	0,9989	0,9807

Задание 2.

Решение: Схема реакции представлена на рис.1:

$IMAGE11$

Рис.1. Дегидрирование н-бутана.

Схема реактора представлена на рис.2.

$IMAGE12$

Рис.2. Схема теплового баланса реактора.

Тепло, входящее в реактор, определяется по формуле:

$IMAGE13$, (1) здесь:

$IMAGE14$,

$IMAGE15$,

$IMAGE16$ - определено для Т = 800К из логарифмического полиномиального уравнения, полученного по табличным данным;

$IMAGE17$ определено для Твх из логарифмического полиномиального уравнения для Ср н-пентана с помощью функции "Поиск решения" программы "Microsoft Excel";

$IMAGE18$ - для 1000К определено по табличным данным;

$IMAGE19$ - определено для Твх из полиномиального уравнения для Ср воды с помощью функции "Поиск решения" программы "Microsoft Excel";

$IMAGE20$, $IMAGE21$,

$IMAGE22$

С помощью функции "Поиск решения" программы "Microsoft Excel" методом наименьших квадратов определено значение Твх = 966К.

$IMAGE23$

Энтальпия реакции при данной Твх:

$IMAGE24$Теплота реакции определяется величиной энтальпии реакции, массового расхода реагента, степенью конверсии реагента.

Рассмотрим, когда степень конверсии $IMAGE25$.

$IMAGE26$,

Согласно уравнению теплового баланса:

$IMAGE27$

$IMAGE28$.

Здесь: $IMAGE29$,

$IMAGE30$ - определено для Твых из логарифмического полиномиального уравнения с помощью функции "Поиск решения" программы "Microsoft Excel";

$IMAGE31$,

$IMAGE32$ - определено для Твых из логарифмического полиномиального уравнения для Ср н-бутана с помощью функции "Поиск решения" программы "Microsoft Excel";

$IMAGE33$,

$IMAGE34$ - определено для Твых из логарифмического полиномиального уравнения для Ср бутена с помощью функции "Поиск решения" программы "Microsoft Excel";

$IMAGE35$ - определено для Твых из логарифмического полиномиального уравнения с помощью функции "Поиск решения" программы "Microsoft Excel";

$IMAGE36$,

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

α	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.

$IMAGE37$

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 $IMAGE38$ и энтропию $IMAGE39$ рассматриваемых соединений. Для этого используем метод Бенсона по атомам с их первым окружением.

Изопрен

$IMAGE40$

Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для $IMAGE41$  $IMAGE42$ и $IMAGE43$, вводим набор поправок:

Поправки на гош-взаимодействие отсутствуют.

Поправка на симметрию:

$IMAGE44$, $IMAGE45$

Таблица 1