курсовая дистиллсят. Методические указания к КР(расчеты) (1). Методические указания по выполнению расчетной части
 Скачать 1.26 Mb.
|
|
2.5. Тепловой эффект реакции при температуре в зоне реакции В дальнейшем, при необходимости, тепловой эффект реакции пересчитывается на конкретную (более высокую) температуру (Т) в зоне реакции по формуле: НТ = Н298 + (Т - 298) + (Т2 - 2982) + (Т3 - 2983) где - алгебраическая сумма коэффициентов «а», из выражений температурной зависимости теплоемкостей веществ (с = а + в∙Т + с∙Т2), участвующих в данной реакции, т.е. = (1∙а1 + 2∙а2) – (3∙а3 + 4∙а4). - то же, сумма коэффициентов «в», деленная по полам = 1/2[(1∙в1 + 2∙в2) – (3∙в3 + 4∙в4 )] - то же, сумма коэффициентов «с», деленная на три, т.е. = 1/3[(1∙с1 + 2∙с2) – (3∙с3 + 4∙с4 )] 1, 2, 3, 4 – стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции. При отсутствии данных для расчета с достаточной точностью принимается, что с повышением температуры на каждые 100° тепловой эффект реакции уменьшается на 1,0 – 1,2 %. В практике расчетов производственных процессов может быть использован метод подсчета тепловых эффектов реакций при помощи значений теплосодержаний (см. вариант 2). В рамках данного задания при малом значении теплового эффекта реакции, при котором не происходит значительного повышения температуры, пересчет величины теплового эффекта к конкретной температуре в зоне реакции принято не производить 2.6. Физическое тепло реагентов Физическое тепло реагентов может быть найдено по одной из формул: QФ = n*c*t; QФ = m*c*t; QФ = v*c*t; QФ = n*H где n – количество вещества, кмоль; m – масса вещества, кг; v – объем вещества (газа), м3; с – теплоемкость вещества при соответствующей температуре, (кДж/кмоль*град, кДж/кг*град, кДж/м3*град) H – теплосодержание продуктов при данной температуре, кДж/кмоль; t – температура реагентов (обычно 0С). Количество реагентов берется по данным материального баланса. Температура реагентов приводится в задании или принимается на основании литературных данных. Теплоемкости веществ берутся по справочным данным  = 81,85 Дж/моль∙град = 231,6 Дж/моль∙град = 67,03 Дж/моль∙град = 79, 0 Дж/моль∙град = 44,5 Дж/моль∙град = 137,57 Дж/моль∙град = 75,31 Дж/моль∙градФизическое тепло реагентов  = 9,19∙81,57∙20 = 14992,56 кДж =1,89∙231,6∙20 = 8754,48 кДж = 0,75∙67,03∙20 = 1005,45 кДж = 1,92∙79,0∙20 = 3033,60 кДж = 3,26∙44,5∙20 = 2901,40 кДж = 8,09∙137,57∙20 = 22258,83 кДж = 176,14*75,31*20 = 265302,06 кДжОбщее количество физического тепла на входе в аппарат составляет 318248,4 кДж 2.7. Суммарная величина статей прихода тепла 1) статьями прихода тепла экзотермической реакции является тепло экзотермической реакции и физическое тепло реагентов: 3722775,0 + 318248,4 = 4041023,4 кДж 2.8. Температура в зоне реакции Тепло, поступающее в аппарат, идет на нагрев продуктов (без учета потерь в окружающую среду) и равно энергосодержанию продуктов. Максимальная температура в зоне реакции может быть найдена по формуле:  Поскольку теплоемкость веществ зависит от температуры, а температура не известна, то при ориентировочном определении температуры приходится брать значение теплоемкости продуктов при ожидаемой, предлагаемой температуре. Допустим, в данном случае это 150,00С. По справочным данным при 150,00С теплоемкости продуктов следующие:  = 81,85 Дж/моль*град = 231,6 Дж/моль*град = 27,05 Дж/моль*град = 79,06 Дж/моль*град = 44,508 Дж/моль*град = 33,94 Дж/моль*град = 75,4 Дж/моль*град =99,7 Дж/моль*град = 39,9 Дж/моль*град = 33,6 Дж/моль*градсреднее значение теплоемкости продуктов  =(1,84*81,85+1,89*231,6+0,75*27,05+1,92*79,06+3,26*44,508+0,73*33,94+137,62*75,4+7,35*99,7+7,35*39,9+45,9*33,6)/208,58=66,52 кДж/кмоль*градтеплота испарения воды [1,5]  = 40680,0 кДж/кмоль = 45,9*40680,0 = 1867212 кДжтемпература в зоне реакции  2.9. Физическое тепло продуктов 1) физическое тепло компонентов материального потока на выходе из аппарата  = 1,84*81,85*150 = 22590,60 кДж = 1,89*231,6*150 = 65658,6 кДж = 0,75*27,05*150 = 3043,12 кДж = 1,92*79,06*150 = 22769,28 кДж = 3,26*44,508*150 = 21764,41 кДж = 0,73*33,94*150 = 3716,43 кДж = 137,62*75,4*150 = 1556482,2 кДж = 7,35*99,7*150 = 109919,25 кДж = 7,35*39,9*150 = 43989,75 кДж = 45,9*33,6*150 = 231336,0 кДжИТОГО 2081269,5 кДж 2.10. Тепловой баланс процесса Полученные расчетные данные представляются в таблице
Потери тепла в данном случае составляет 2,2 % от прихода. В подобных расчетах не следует допускать больших значений статей потерь тепла. Если баланс по теплу не может быть сведен, поиск температуры в зоне реакции следует повторить. 2.11. Изменение свободной энергии системы Свободная энергия системы, термодинамические потенциалы – энергия Гиббса (изобарно-изотермический потенциал), как и энергия Гельмгольца (изохорно-изотермический потенциал), определяют направление процесса. Самопроизвольно могут протекать только процессы, сопровождающиеся уменьшением свободной энергией системы Для всякого изотермического процесса изменение энергии Гиббса выражают уравнением: G = H – T*S где Н – изменение энтальпии реакции; Т – температура в зоне реакции, К; S – изменение энтропии реакции. Изменение энтропии реакции определяется по закону Гесса. Для этого по справочным данным находятся значения энтропии реагентов и продуктов.  = 92,9 Дж/моль*град = 156,9 Дж/моль*град = 106,7 Дж/моль*гард  = 213,6 Дж/моль*град = 69,96 Дж/моль*градS = 106,7 + 213,6 + 69,96 – 92,9 – 156,9 = 246,46 Дж/моль*град G = - 506500 – (273 + 155,5)*246,46 G = - 612081 кДж/кмоль Большое отрицательное значение термодинамического потенциала свидетельствует о том, что при температуре 1500С протекание реакции не вызывает затруднений. 3. Выполнение расчетов по заданию второго варианта Задание: Дать обзор по свойствам реагентов и продуктов, по кинетике и механизму реакции. Определить количественный состав продуктов, тепловой эффект реакции, температуру в зоне реакции, изменение энергии Гиббса системы. Представить материальный и тепловой балансы системы. Обосновать выбор технологической схемы процесса. Дать экологический анализ.  2H2S + 3O2 2H2O + 2SO2 -HСостав H2S – содержащего газа: H2S – 35%; H2O – 4%; N2 – 61% Конверсия H2S – 88%, избыток воздуха – 1,8. Температура реагентов 200С. Расчет вести на 50 кг/ч H2S –содержащего газа. 3.1. Схема движения материальных потоков SO2, H2O, (H2S, N2)   O2 воздух H   2S N2H2O N2 2H2S + 3O2 2H2O + 2SO2 - H3.2. Материальный баланс процесса 1) приведенная мольная масса H2S – содержащего газа М = 0,35*34 + 0,04*18 + 0,61*28 = 29,7 2) объем 50 кг этого газа при нормальных условиях 29,7 кг – 22,4 м3 50 кг - V V = 37,7 м3 3) состав газа 37,7 м3 – 100%  - 35% = 13,195 м3 кмоль = 0,59*34 = 20,026 кг = 1,508 м3 кмоль = 0,067*18 = 1,206 кг м3 кмоль = 1,027*28 = 28,756 кг 4) количество конвертированного газа H2S 13,195*0,88 = 11,611 м3 5) количество оставшегося H2S 13,195 – 11,611 = 1,584 м3 n = 0,070 кмоль m = 2,380 кг 6) теоретическая потребность в кислороде. Потребность в кислороде определятся на основании реакции химического взаимодействия. На два объема H2S необходимо три объема кислорода, тогда на 13,195 м3 H2S теоретически необходимо 19,79 м3 кислорода.  м37) с учетом избытка кислорода должно быть подано 19,79*1,8 = 35,622 м3  кмоль  = 1,590*32 = 50,880 кг8) количество кислорода вступившего в реакцию На окисление двух объемом H2S необходимо три объема кислорода. На окисление 11,611 м3 H2S необходимо  м39) количество оставшегося кислорода 35,622 – 17,416 = 18,206 м3  кмоль = 0,813*32 = 26,016кг10) количество азота, поступившего с воздухом 35,622 – 21%  - 79%  м3 кмоль = 5,982*28 = 167,496 кг11) количество образовавшихся Н2О(Г) и SO2 По уравнению реакции из двух объемов H2S получается два объема Н2О(Г) и два объема SO2. Следовательно, в данном случае получится 11,611м3 Н2О(Г) и 11,611м3 SO2  кмоль = 0,518*18 = 9,324 кг = 0,518 кмоль = 0,518*64 = 33,152 кг12) полученные данные сводятся в таблицу материального баланса
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||