курсовая дистиллсят. Методические указания к КР(расчеты) (1). Методические указания по выполнению расчетной части

Название	Методические указания по выполнению расчетной части
Анкор	курсовая дистиллсят
Дата	14.03.2022
Размер	1.26 Mb.
Формат файла
Имя файла	Методические указания к КР(расчеты) (1).doc
Тип	Курсовая #396553
страница	3 из 12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 12

3.3. Количественный состав продуктов

В условиях реакции все продукты получаются в газовой фазе. Состав газовых смесей принято выражать в объемных процентах

201,523 м³ – 100 %

1,584 м³ – х

х = 0,786 %

H₂S – 0,786 %об.

H₂O_(Г) – 6,510 %об.

N₂ – 77,908 %об.

О₂ – 9,034 %об.

SO₂ – 5,761 %об.

3.4. Тепловой эффект реакции при стандартных условиях

Тепловой эффект реакции определяется на основании закона Гесса.

1) величины теплот образования веществ, принимающих участие в реакции.

Н_обр.H₂S = -20980 кДж/кмоль

Н_обр.H₂О_(Г) = -242200 кДж/кмоль

Н_обр.SО₂ = -348000 кДж/кмоль

тепловой эффект реакции при стандартных условиях (20⁰С)

Н₂₉₃ = -2*242200 - 2*348000 + 2*20980 = -1138440,0 кДж

Примечение: в некоторых случаях стандартную температуру принимают равной 20⁰С

Реакция экзотермична, энергосодержание системы уменьшается, Н показывается со знаком «-»

Н₂₉₃ = - 1138440,0 кДж

3.5. Тепловой эффект реакции при температуре в зоне реакции

Пересчет величины теплового эффекта реакции к конкретным условиям проводится: 1) пользуясь точными уравнениями температурной зависимости теплоемкостей; 2) при помощи теплосодержаний.

Проводим расчет при помощи значений теплосодержаний.

Допустим, в данном случае, температура в зоне реакции 1000⁰С.

1) нахождение значений теплосодержащих веществ по справочным данным

По справочным данным значения теплосодержаний веществ при 100⁰С и при 1000⁰С следующие:

Вещества	Н, кДж/кмоль
Вещества	100⁰C	1000⁰C
H₂S	3320	38500
O₂	2983	32900
H₂O	3320	38500
SO₂	4240	50500

2) изменение теплосодержания веществ, участвующих в реакции, при 1000⁰С по отношению к стандартному состоянию их (при 20⁰С или 25⁰С).

Н_H₂_S = 38500 – 3320*0,2 = 37836,0 кДж/кмоль

Н_О₂ = 32900 – 2983*0,2 = 32903,4 кДж/кмоль

Н_H₂_О = 38500 – 3320*0,2 = 37836,0 кДж/кмоль

Н_SO₂ = 50500 – 4240*0,2 = 49652,0 кДж/кмоль

3) теплосодержание начальных и конечных веществ при температуре 1000⁰С по отношению к стандартному

Н_н = 2*37836 + 3*32903,4 = 174382,2 кДж

Н_к = 2*37836 + 2*49652 = 174976 кДж

4) тепловой эффект реакции при 1000⁰С

Н₁₂₇₃ = Н₂₉₃– (Н_к - Н_н)

Н₁₂₇₃ = Н₂₉₃ – (174976 – 174382,2) = -1138440,0 + 593,8 = -1137846,2 кДж

Реакция экзотермична.

Н_{1 273} = - 1137846,2 кДж

5) тепловой эффект реакции при 1000⁰С на 0,518 кмоль SO₂

Н₁₂₇₃ = (-1037846,2 *0,518)/2 = -294702,16 кДж

3.6. Физическое тепло реагентов

1) теплоемкость веществ по справочным данным

С_H₂_S = 34,04 кДж/кмоль*град

С_H₂_О_(Г) = 34,04 кДж/кмоль*град

C_N₂ = 28,76 кДж/кмоль*град

2) физическое тепло компонентов материального потока на входе в аппарат

Q_Ф = n*c*t

Q_ф_H₂_S = 0,589*34,04*20 = 400,99 кДж

Q_ф_H₂_О_(Г) = 0,067*34,04*20 = 45,61 кДж

Q_ф_N₂ = 7,009*28,76*20 = 4031,577 кДж

Общее количество физического тепла составляет 4478,182 кДж
3.7. Суммарная величина статей прихода тепла

294702,16 + 4478,2 = 299180,36 кДж

3.8. Температура в зоне реакции

1) предполагая, что температура в зоне реакции 1000⁰С, находим соответствующие значения теплоемкостей продуктов

С_H₂_S = 38,6 кДж/кмоль*град

С_H₂_О = 38,6 кДж/кмоль*град

С_О₂ = 33,0 кДж/кмоль*град

C_N₂ = 31,4 кДж/кмоль*град

С_SO₂= 50,6 кДж/кмоль*град

2) среднее значение теплоемкости продуктов

= (10,07*38,6 + 0,585*38,6 + 0,813*33,0 + 5,982*31,4 + 0,518*50,6)/8,995 = = 29,59 кДж/кмоль*град

3) температура в зоне реакции

3.9. Физическое тепло продуктов

Q_ф_H₂_S = 0,07*38,6*1000 = 2702 кДж

Q_ф_H₂_О_(Г) = 0,585*38,6*1000 = 22581 кДж

Q_ф_N₂ = 7,01*31,4*1000 = 220114 кДж

Q_ф_O₂ = 0,813*33,0*1000 = 26829 кДж

Q_ф_SO₂ = 0,518*50,6*1000 = 26210,8 кДж

2984368,8 кДж
3.10. Тепловой баланс процесса

Полученные расчетные данные представляются в виде таблицы

Статьи прихода	кДж	Статьи расхода	кДж
Н_р_-_ции	294702,16	Q_ф_H₂_S	2702,00
Q_ф_H₂_S	400,99	Q_ф_H₂_О_(Г)	22581,00
Q_ф_H₂_О_(Г)	45,61	Q_ф_N₂	220114,00
Q_ф_N₂	4031,58	Q_ф_O₂	26829,00
ИТОГО	299180,36	Q_ф_SO₂	26210,80
		Q_потерь	773,56
		ИТОГО	299180,36

Потери тепла в данном расчете составляет 0,26 % от прихода. Практически, потери тепла от печи могут составлять до 20%.

Если баланс по теплу не может быть сведен, поиск температуры в зоне реакции следует повторить.

3.11. Изменение свободной энергии системы

G = H – T*S

Численные значения энтропии

S_H₂_S = 206,0 кДж/кмоль*град

S_Н₂_О_(Г) = 189,0 кДж/кмоль*град

S_O₂ = 205,8 кДж/кмоль*град

S_SO₂= 247,4 кДж/кмоль*град

S = 2*189,0 + 2*247,4 – 2*206,0 – 3*205,8 = -156,6 кДж/кмоль*град

G = -1137846,2 – [1273*(-156,6)] = -938494,4 кДж/кмоль

Отрицательное значение G свидетельствует о протекании прямой реакции без затруднений.

4. Выполнение расчетов по заданию третьего 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.

СаО + 3С СаС₂ + СО +Н

СаО содержит: Al₂O₃ – 8%; SiO₂ – 2%

Конверсия СаО – 86%.

Кокс не содержит примесей и подается с коэффициентом избытка 1,1.

Температура реагентов на выходе 25⁰С. Температура в зоне реакции электропечи 2000⁰С. Расчет вести на 1т. породы, содержащей СаО.

4.1. Схема материальных потоков

СаО

SiO₂

Al₂O₃ C

CaC₂

SiO₂

Al₂O₃

CaO

C

C

aO + 3C CaC₂ + CO + H

4.2. Материальный баланс процесса

1) содержание отдельных компонентов в перерабатываемой породе

= 900 кг

кмоль

= 20 кг

кмоль

= 80 кг

кмоль

2) теоретически необходимое количество углерода определяется на основании уравнения химической реакции

на 56 кг СаО - 3*12 кг углерода

900 кг СаО - m_C

кг

3) количество углерода необходимое с учетом коэффициента избытка 1,1

578,57*1,1 = 636,43 кг

m_C = 636,43 кг; n_C = 53,03 кг

4) количество восстановленного СаО

900*0,86 = 774 кг

m_CaO = 126 кг

5) количество оставшегося СаО

900 – 774 = 126 кг

m_CaO = 126 кг; n_CaO = 2,25 кмоль

6) количество углерода, затраченного на восстановление

на 56 кг СаО – 3*12 кг углерода

на 774 кг СаО - m_C

m_C = 497,57 кг

7) оставшийся углерод

636,43 – 497,52 = 138,86

m_C = 138,86 кг; n_C = 11,57 кмоль

8) количество образовавшегося СаС₂

из 56 кг СаО – 64 кг СаС₂

из 774 кг СаО -

= 884,57 кг;

= 13,82 кмоль

9) количество образовавшегося СО

из 56 кг СаО – 28 кг СО

из 774 кг СаО -

m_CO

m_CO = 387 кг; n_CO = 13,82 кмоль

V_CO = 13,82*22,4 = 309,67 м³
10) полученные расчетные данные сводятся в таблицу материального баланса

Приход			Расход
Вещество	кг	кмоль	Вещество	кг	кмоль
СаО	900	16,07	СаО	126	2,25
SiO₂	20	0,33	SiO₂	20	0,33
Al₂O₃	80	0,78	Al₂O₃	80	0,78
C	636,43	53,03	C	138,86	11,57
ИТОГО	1636,43		СаС₂	884,57	13,82
			СО	387	13,82
			ИТОГО	1636,43	42,57

4.3. Количественный состав продуктов

Количество твердой фазы 1249,43 кг

Карбид кальция содержит

СаО – 10,08%

SiO₂ – 1,60%

Al₂O₃ – 6,40 %

С – 11,11%

4.4. Тепловой эффект реакции при стандартных условиях

1) теплоты образования веществ

Н_обр.СаО = -635,1 кДж/моль

Н_обр.СаС₂ = -62,7 кДж/моль

Н_обр.СО = -110,5 кДж/моль

2) тепловой эффект (изменение энтальпии) реакции при стандартных условиях (25С)

Н₂₉₈ = -62,7 – 110,5 + 635,1 = 461,9 кДж/моль

Реакция эндотермическая

3) тепловой эффект реакции, приходящийся на 13,82 кмоль СаС₂

461,9*1000*13,82 = 6383458 кДж

Н₂₂₉₃ =6383458 кДж
Принимаем, что возможно не производить пересчет величины теплового эффекта к реальной температуре процесса (эти расчеты приведены в предыдущих вариантах)

4.5. Физическое тепло реагентов

1) теплоемкости реагентов при 25⁰С

Дж/моль*град

Дж/моль*град

С_С = 8,53 Дж/моль*град

2) физическое тепло реагентов

Q_Ф = n*c*t

16,07*42,80*25 = 17194,9 кДж

0,33*44,48*25 = 366,96 кДж

0,78*79,00*25 = 1540,5 кДж

Q_ФС = 53,03*8,53*25 = 11308,65 кДж

Общее количество физического тепла реагентов составляет 30411,01 кДж

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 12