Отчёт. Отчет по лабораторной работе сравнение реакторов в изотермическом режиме при проведении газофазной реакции
 Скачать 0.87 Mb.
|
Отчет по лабораторной работе Л2.СРАВНЕНИЕ РЕАКТОРОВ В ИЗОТЕРМИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ГАЗОФАЗНОЙ РЕАКЦИИ Выполнила: студентка 3 курса 291 группы Сазонова Екатерина Цель работы: Выбрать модель реактора при реализации изотермического режима на основании исходных данных лабораторной работы Л1 при следующих ограничениях: 1. Максимальный объем реактора 50 м3. 2. Максимально допустимая скорость газа в пересчете на рабочие условия 2 м/с. 3. Максимально допустимый диаметр реактора 5м. 4. Для РИВ высота не менее 3 диаметров, но не более 30 м. Для РПС высота не более 2 диаметров и не менее диаметра. Исходные данные:
ХТП ПРОЦЕСС: Синтез Этанола C2H4+ H2O= C2H5OH (N2)
Основные обозначения ZNA, ZNB, ZNC, ZNI – начальные мольные доли компонентов, доли единицы Р – давление в системе, относительные атм. ХА – степень превращения компонента А, доли единицы Т – температура протекания реакции, К К(Т) – константа скорости реакции, моль/с fA1–fA7; fB1–fB7;fC1–fC7 – коэффициенты полиномов для расчёта приведённой энергии Гиббса, безразмерная величина FA(T),FB(T),FC(T) – температурные полиномиальные зависимости для каждого компонента (А,В,С), безразмерная величина DF(T) – изменение приведённой энергии Гиббса для реакции, Дж DHA, DHB, DHC – изменение энтальпии образования компонентов при 0 К, кДж/моль DH – изменение энтальпии реакционной смеси при 0 К, Дж КР(Т) – термодинамическая константа равновесия, безразмерная величина W(X) – коэффициент изменения числа молей реакции, безразмерная величина ZA(X), ZB(X), ZC(X) – текущие мольные доли компонентов, доли единицы U(T,P,X) – наблюдаемая скорость реакции, кмоль/с i, j, q – количество точек для переменных Т, Р, Х соответственно, безразмерная величина Ti – переменная, соответствующая температуре реакции, К Pj – переменная, соответствующая давлению в системе, относительные атм. XK – степень превращения компонента А, доли единицы XT – требуемая степень превращения, безразмерная величина XTT – значение счётчика степени превращения, при котором обеспечивается заданная производительность, безразмерная величина Xq – переменная, соответствующая степени превращения ключевого компонента, доли единицы ТОРТ(Р,х) – оптимальная температура реакции, К TR(P,x) – равновесная температура реакции, К VRC – производительность по целевому продукту, м 3/час VRIV – объём РИВ, обеспечивающий заданную производительность, м 3 VRPS – объём РПС, обеспечивающий заданную производительность, м 3 Da – диаметр реактора, м Sa – площадь поперечного сечения реактора, м 2 HRIV – высота реактора РИВ, м HRPS – высота реактора РПС, м SKRIV – скорость газа в реакторе РИВ, м/с SKRPS – скорость газа в реакторе РПС, м/с Основные формулы Начальная мольная доля инерта рассчитана по следующей формуле:  Константа скорости реакции рассчитана по следующей формуле:  Температурная полиномиальная зависимость для компонента А рассчитана по следующей формуле:  Температурная полиномиальная зависимость для компонента В рассчитана по следующей формуле:  Температурная полиномиальная зависимость для компонента С рассчитана по следующей формуле:  Расчёт изменения приведённой энергии Гиббса для реакции произведён по следующей формуле:  Изменение энтальпии реакционной смеси при 0 К рассчитано по следующей формуле:  Термодинамическая константа равновесия рассчитана по следующей формуле:  Коэффициент изменения числа молей рассчитан по следующей формуле:  Текущая мольная доля компонента А рассчитана по следующей формуле:  Текущая мольная доля компонента B рассчитана по следующей формуле:  Текущая мольная доля компонента C рассчитана по следующей формуле:  Текущая мольная доля инерта I рассчитана по следующей формуле:  Наблюдаемая скорость реакции рассчитана по следующей формуле:  Значение переменной, соответствующее температуре реакции, рассчитано по следующей формуле:  Равновесная степень превращения реакции рассчитана с помощью команды “root”, которая возвращает значение переменной XE, обращающее производную функции наблюдаемой скорости в 0, в указанном интервале степеней превращения. Расчёт проведён по следующей формуле:  Требуемая степень превращения реакции рассчитана с помощью команды “root”, которая возвращает значение переменной XT, обращающее производную функции наблюдаемой скорости в 0. Расчёт проведён по следующей формуле:  Равновесная температура реакции рассчитана с помощью команды “root”, которая возвращает значение переменной Т, обращающее функцию наблюдаемой скорости в 0, в указанном интервале температур. Расчёт проведён по следующей формуле:  Оптимальная температура реакции рассчитана с помощью команды “root”, которая возвращает значение переменной Т, обращающее производную функции наблюдаемой скорости в 0, в указанном интервале температур. Расчёт проведён по следующей формуле:  Расчет рабочей температуры Т1 проведён по следующей формуле:  Расчет рабочей температуры Т2 проведён по следующей формуле:  Объёмы РПС, обеспечивающие заданную производительность по рабочим температурам были рассчитаны соответственно по формулам:   Производительность по ключевому компоненту в соответствии с рабочими температурами рассчитана по формулам:   Объёмы РИВ, обеспечивающие заданную производительность по рабочим температурам были рассчитаны соответственно по формулам:   Площадь поперечного сечения реактора рассчитана по формуле:  Высоты реакторов РИВ в соответствии с объемами, обеспечивающими заданную производительность, рассчитаны по формулам:   Высоты реакторов РПС в соответствии с объемами, обеспечивающими заданную производительность, рассчитаны по формулам:   Скорости в реакторе РИВ в соответствии с рабочими температурами рассчитаны по следующим формулам:   Скорости в реакторе РПС в соответствии с рабочими температурами рассчитаны по следующим формулам:   Графики Зависимость заданной производительности от объёма реактора полного смешения представлена на рисунке 1, где:  зависимость от объёма реактора полного смешения при выбранной температуре Т1; зависимость от объёма реактора полного смешения при выбранной температуре Т2;  требуемая производительность  Рисунок 1 – графики зависимости заданной производительности от объёма реактора полного смешения Зависимость заданной производительности от объёма реактора идеального вытеснения представлена на рисунке 2, где: зависимость от объёма реактора идеального вытеснения при выбранной температуре Т1; зависимость от объёма реактора идеального вытеснения при выбранной температуре Т2; требуемая производительность  Рисунок 2 – графики зависимости заданной производительности от объёма реактора идеального вытеснения Зависимость высоты реактора полного смешения от диаметра представлена на рисунке 3, где: зависимость от объёма реактора полного смешения при выбранной температуре Т1; зависимость от объёма реактора полного смешения при выбранной температуре Т2; максимально возможное значение высоты реактора полного смешения, составляющее 2 диаметра;  минимально возможное значение высоты реактора полного смешения, составляющее 1 диаметр Рисунок 3 – графики зависимости высоты реактора полного смешения от диаметра Зависимость высоты реактора идеального вытеснения от диаметра представлена на рисунке 4, где: зависимость от объёма реактора идеального вытеснения при выбранной температуре Т1; зависимость от объёма реактора идеального вытеснения при выбранной температуре Т2; минимально допустимая высота реактора идеального вытеснения  Рисунок 4 – графики зависимости высоты реактора идеального вытеснения от диаметра Результаты и их обсуждение В данной лабораторной работе был произведён выбор реактора при реализации изотермического режима на основании исходных данных лабораторной работы Л1 – гидратация этилена C2H4+H2O=C2H5OH в присутствии инертного газа – N2. Реакция имеет схему A+B=C, то есть идёт с уменьшением объёма c < a + b, так как c – a – b < 0 (-1<0). Изменение энтальпии составляло  кДж, из чего следует, что реакция экзотермическая. Было принято решение увеличить расход реакционной смеси, иначе получается маленькая степень превращения. Также было взято иное давление, так как данный процесс протекает при больших давлениях. Были выбраны рабочие температуры, исходя из того, что реакция экзотермическая, необходимо выбрать две температуры: одну ниже оптимальной на 50 К, а вторую равную оптимальной температуре. Так как ТOPT=356 К, то были выбраны температуры Т1=306 К и Т2=356 К. При выбранных параметрах подходит только РПС, т к РИВ имеет отрицательный объём. Переходим к выбору подходящего реактора полного смешания по ограничениям объёма. Подходит РПС2 при Т2. Исходя из заданных условий выбираем только реактор РПС2. По графику мы можем наблюдать, что подходит диаметр 2 м, высота 3,89 м. Также идёт соответствие с максимально допустимой скоростью 2м/с. Приложение А Листинг программы Маткад          |
