Расчет катализатора

• Название: Расчет катализатора
• Дата: 14.01.2019
• Размер: 49.66 Kb.
• Имя файла: OTChET_KATALIZ.docx
• Тип: Документы; #63720

Расчет катализатора

Катализатор: Al₂O₃ + NaHCO₃ (0.6%) в расчете на металл.
m(Al₂O₃) = 15 мл.

m(Na) = m(Al₂O₃) * 0.7 / 100 = 0,0896 г.

m(Na) / M(Na) = 0,00390 моль.

m(NaHCO₃) = 0,00390 * 84 = 0,3272 г.

Опыт №1

1. 
   Температура в лаборатории 23,5°С (296,65К);
   
2. 
   Барометрическое давление в лаборатории 742 мм. рт. ст.;
   
3. 
   Расход спирта 14,8 мл
   
4. 
   Температура печи во время опыта 377°С
   
5. 
   Состав катализатора Al₂O₃ + Na (0.7%).
   

После выхода на стационарный режим проводился сам опыт. Показания приборов опыта представлены в таблице:

№ опыта	Время, мин	t, °С	Уровень спирта в бюретке, мл	ΔVспирта, л за 5 мин	Показания газосчетчика , л	ΔV газа, л за 5 мин
1	0	370,0	17,6	1,2	673,12	0,40
2	5	372,0	19,0	1,4	673,50	0,38
3	10	371,0	20,4	1,4	673,90	0,40
4	15	377,0	21,6	1,2	674,34	0,44
5	20	377,4	23,0	1,4	674,76	0,42
6	25	371,0	24,4	1,4	675,26	0,50
7	30	381,0	25,6	1,2	675,68	0,42
8	35	379,6	27,0	1,4	676,06	0,38
9	40	373,3	28,4	1,4	676,44	0,38
10	45	381,0	29,6	1,2	676,90	0,46
11	50	378,0	31,0	1,4	677,37	0,47
12	55	381,0	32,4	1,4	677,77	0,40

Показания газожидкостной хроматограммы:

С_С3Р6ср = 99,959 %; С_Н2ср = 0,041 %.

Показания жидкостной хроматограммы:

С_ац = 0,132 %; С_ИПС = 0,072 %; С_Н2О = 99,796 %.

Расчет материального баланса

Масса спирта на входе в реактор:

V_ИПС = 14,8 мл.

Ρ_ИПС = 0,7851 г/мл.

m_ИПС = 0,7851 * 14,8 = 11,62 г.

Выход конденсата:

m_{пуст.колбы} = 34,8286 г.

m_{колб+конд} = 38,2098 г.

m_конд = 3,38 г.

Выход газа:

V_газа = 4,65 л.

=

V_{газа н.у.} = = 4,18 л.

V_C3H6 = V_{газа н.у.} * С_С3Н6 = 4,18 * 0,99959 = 4,178 л.

V_H2 = V_{газа н.у.} * С_Н2 = 4,18 * 0,00041 = 0,171 л.

n_C3H6 = V_С3Н6/V_m = 4,178/22,4 = 0,187 моль.

n_H2 = V_Н2/V_m = 0,171/22,4 = 0,0076 моль.

m_H2 = n_Н2 * M_H2 = 0,0076 * 2 = 0,0152 г.

m_С3Н6 = n_С3Н6 * M_С3Н6 = 0,187 * 42 = 7,854 г.

m_газ = m_Н2 + m_С3Н6 = 0,0152 + 7,854 = 7,8694 г.

Выход ацетона в склянке Дрекселя:

V_ац.ср = 0,22 мл.

V_T0 = 0,2 мл.

С_титр = 0,2 моль/л.

n_ац = n_HCl = 0,02 / 1000 * 0,2 * 10 = 0,00004 моль.

m_ац = n_ац * M_ац = 0,00004 * 58 = 0,0023 г.

m_{ац в конд} = m_конд * С_ац = 3,38 * 0,132 =0,446 г.

m_{ИПС в конд} = m_конд * С_ИПС = 3,38 * 0,072 =0,243 г.

m_{H2O в конд} = m_конд * С_H2O = 3,38 * 0,99796 =3,373 г.

В таблице представлен материальный баланс:

	Вход, г.	Выход, г.
ИПС	11,62
Газы:		7,8694
Водород		0,0152
Пропилен		7,854
Конденсат:		3,38
ИПС		0,243
Вода		3,373
Ацетон		0,446
Ацетон-дрексель		0,0023
Всего	11,62	11,25

Ошибка = * 100% = 3,18%

Расчет показателей процесса

η_Н2О^ИПС = N_H2O / N°_ИПС = (0,1874/0,193) * 100% = 97,10 %

η_ац^ИПС = N_ац / N°_ИПС = (0,0077/0,193) * 100% = 3,99 %

η_Н2^ИПС = N_H2 / N°_ИПС = (0,0076/0,193) * 100% = 3,94 %

η_С3Н6^ИПС = N_С3Н6 / N°_ИПС = (0,1866/0,193) * 100% = 96,68 %

ϕ_Н2О^ИПС = N_H2O / (N°_ИПС - N_ИПС) = (0,1874/(0,193-0,004) * 100% =99,15 %

ϕ_ац^ИПС = N_ац / (N°_ИПС - N_ИПС) = (0,0077/(0,193-0,004) * 100% = 4,07 %

ϕ_Н2^ИПС = N_H2 / (N°_ИПС - N_ИПС) = (0,0076/(0,193-0,004) * 100% = 4,02 %

ϕ_С3Н6^ИПС = N_С3Н6 / (N°_ИПС - N_ИПС) = (0,1866/(0,193-0,004) * 100% = 98,73 %

x = * 100% = 97,91%

Опыт №2

1. 
   Температура в лаборатории 22,0°С (295,15К);
   
2. 
   Барометрическое давление в лаборатории 732 мм. рт. ст.;
   
3. 
   Расход спирта 14,4 мл
   
4. 
   Температура печи во время опыта 350°С
   
5. 
   Состав катализатора Al₂O₃ + Na (0,7%).
   

После выхода на стационарный режим проводился сам опыт. Показания приборов опыта представлены в таблице:

№ опыта	Время, мин	t, °С	Уровень спирта в бюретке, мл	ΔVспирта, л за 5 мин	Показания газосчетчика , л	ΔV газа, л за 5 мин
1	0	351,0	19,8	1,6	682,40	0,48
2	5	355,0	21,2	1,4	682,86	0,46
3	10	347,5	22,6	1,4	683,32	0,46
4	15	351,0	24,2	1,6	683,80	0,48
5	20	353,3	25,4	1,2	684,30	0,50
6	25	357,2	27,0	1,6	684,78	0,48
7	30	355,8	28,4	1,4	685,27	0,49
8	35	354,1	29,8	1,4	685,76	0,49
9	40	351,4	31,4	1,6	686,20	0,44
10	45	350,4	32,8	1,4	686,67	0,47
11	50	353,5	34,2	1,4	687,18	0,51

Показания газожидкостной хроматограммы:

С_С3H6ср = 99,9815 %; С_Н2ср = 0,0185 %.

Показания жидкостной хроматограммы:

С_ац = 0,108 %; С_ИПС = 0,070 %; С_Н2О = 99,822 %.

Расчет материального баланса

Масса спирта на входе в реактор:

V_ИПС = 14,4 мл.

Ρ_ИПС = 0,7851 г/мл.

m_ИПС = 0,7851 * 14,4 = 11,31 г.

Выход конденсата:

m_{пуст.колбы} = 35,6736 г.

m_{колб+конд} = 38,4545 г.

m_конд = 2,7809 г.

Выход газа:

V_газа = 4,78 л.

=

V_{газа н.у.} = = 4,26 л.

V_C3H6 = V_{газа н.у.} * С_С3Н6 = 4,26 * 0,999815 = 4,259 л.

V_H2 = V_{газа н.у.} * С_Н2 = 4,26 * 0,000185 = 0,079 л.

n_C3H6 = V_С3Н6/V_m = 4,259/22,4 = 0,190 моль.

n_H2 = V_Н2/V_m = 0,079/22,4 = 0,0035 моль.

m_H2 = n_Н2 * M_H2 = 0,0035 * 2 = 0,007 г.

m_С3Н6 = n_С3Н6 * M_С3Н6 = 0,190 * 42 = 7,995 г.

m_газ = m_Н2 + m_С3Н6 = 0,007 + 7,995 = 8,002 г.

Выход ацетона в склянке Дрекселя:

V_ац.ср = 0,11 мл.

V_T0 = 0,1 мл.

С_титр = 0,2 моль/л.

n_ац = n_HCl = 0,01 / 1000 * 0,2 * 10 = 0,00002 моль.

m_ац = n_ац * M_ац = 0,00002 * 58 = 0,0012 г.

m_{ац в конд} = m_конд * С_ац = 2,7809 * 0,00108 = 0,0030 г.

m_{ИПС в конд} = m_конд * С_ИПС = 2,7809 * 0,00070 = 0,0019 г.

m_{H2O в конд} = m_конд * С_H2O = 2,7809* 0,99822 = 2,7759 г.

В таблице представлен материальный баланс:

	Вход, г.	Выход, г.
ИПС	11,31
Газы:		8,002
Водород		0,007
Пропилен		7,995
Конденсат:		2,7809
ИПС		0,0019
Вода		2,7759
Ацетон		0,0030
Ацетон-дрексель		0,0012
Всего	11,31	10,78

Ошибка = * 100% = 4,69%

Расчет показателей процесса

η_Н2О^ИПС = N_H2O / N°_ИПС = (0,1542/0,1882) * 100% = 81,93 %

η_ац^ИПС = N_ац / N°_ИПС = (0,0001/0,1882) * 100% = 0,05 %

η_Н2^ИПС = N_H2 / N°_ИПС = (0,0035/0,1882) * 100% = 1,86 %

η_С3Н6^ИПС = N_С3Н6 / N°_ИПС = (0,1900/0,1882) * 100% = 100,96%

ϕ_Н2О^ИПС = N_H2O / (N°_ИПС - N_ИПС) = (0,1542/(0,1882-0,00003) * 100% = 81,95 %

ϕ_ац^ИПС = N_ац / (N°_ИПС - N_ИПС) = (0,0001/(0,18817) * 100% = 0,053 %

ϕ_Н2^ИПС = N_H2 / (N°_ИПС - N_ИПС) = (0,0035/(0,18817) * 100% = 1,86 %

ϕ_С3Н6^ИПС = N_С3Н6 / (N°_ИПС - N_ИПС) = (0,1900/(0,18817) * 100% = 100,97 %

x = * 100% = 99,98%

Опыт № 3

1. 
   Температура в лаборатории 22,0°С (295,15К);
   
2. 
   Барометрическое давление в лаборатории 749 мм. рт. ст.;
   
3. 
   Расход спирта 13,4 мл
   
4. 
   Температура печи во время опыта 330°С
   
5. 
   Состав катализатора Al₂O₃ + Na (0,7 %).
   

После выхода на стационарный режим проводился сам опыт. Показания приборов опыта представлены в таблице:

№ опыта	Время, мин	t, °С	Уровень спирта в бюретке, мл	ΔVспирта, л за 5 мин	Показания газосчетчика , л	ΔV газа, л за 5 мин
1	0	336,1	20,2	-	691,43	-
2	5	335	21,4	1,2	691,79	0,36
3	10	337,1	22,8	1,4	692,24	0,45
4	15	320,5	24	1,2	692,66	0,42
5	20	338	25,2	1,2	693,10	0,44
6	25	337	26,4	1,2	693,50	0,40
7	30	326,8	28	1,6	693,85	0,35
8	35	329	29,6	1,6	694,39	0,54
9	40	336,1	31	1,4	694,83	0,44
10	45	326,6	32,2	1,2	695,28	0,45
11	50	331	33,6	1,4	695,71	0,43

Показания газоадсорбционной хроматограммы:

С_С3Р6ср = 99,982 %; С_Н2ср = 0,018 %.

Показания жидкостной хроматограммы:

С_ац = 0,121 %; С_ИПС = 0,315 %; С_Н2О = 99,564 %.

Расчет материального баланса

Масса спирта на входе в реактор:

V_ИПС = 13,4 мл.

Ρ_ИПС = 0,7851 г/мл.

m_ИПС = 0,7851 * 13,4 = 10,52 г.

Выход конденсата:

m_{пуст.колбы} = 36,0194 г.

m_{колб+конд} = 39,1618 г.

m_конд = 3,1424 г.

Выход газа:

V_газа = 4,28 л.

=

V_{газа н.у.} = = 3,90 л.

V_C3H6 = V_{газа н.у.} * С_С3Н6 = 3,90 * 0,99982 = 3,899 л.

V_H2 = V_{газа н.у.} * С_Н2 = 3,90 * 0,00018 = 0,070 л.

n_C3H6 = V_С3Н6/V_m = 3,899/22,4 = 0,174 моль.

n_H2 = V_Н2/V_m = 0,070/22,4 = 0,0031 моль.

m_H2 = n_Н2 * M_H2 = 0,0031 * 2 = 0,0062 г.

m_С3Н6 = n_С3Н6 * M_С3Н6 = 0,174 * 42 = 7,3219 г.

m_газ = m_Н2 + m_С3Н6 = 0,0062 + 7,3219 = 7,3281 г.

Выход ацетона в склянке Дрекселя:

V_ац.ср = 0,09 мл.

V_T0 = 0,1 мл.

С_титр = 0,2 моль/л.

n_ац = n_HCl = 0 / 1000 * 0,2 * 10 = 0 моль.

m_ац = n_ац * M_ац = 0 * 58 = 0 г.

m_{ац в конд} = m_конд * С_ац = 3,1424 * 0,00121 = 0,0038 г.

m_{ИПС в конд} = m_конд * С_ИПС = 3,1424 * 0,00315 = 0,0099 г.

m_{H2O в конд} = m_конд * С_H2O = 3,1424 * 0,99564 = 3,1287 г.

В таблице представлен материальный баланс:

	Вход, г.	Выход, г.
ИПС	10,52
Газы:		7,3281
Водород		0,0062
Пропилен		7,3219
Конденсат:		3,1424
ИПС		0,0099
Вода		3,1287
Ацетон		0,0038
Ацетон-дрексель		0
Всего	10,52	10,47

Ошибка = * 100% = 0,47%

Расчет показателей процесса

η_Н2О^ИПС = N_H2O / N°_ИПС = (0,1738/0,1751) * 100% = 99,26 %

η_ац^ИПС = N_ац / N°_ИПС = (0,0001/0,1751) * 100% = 0,06 %

η_Н2^ИПС = N_H2 / N°_ИПС = (0,0031/0,1751) * 100% = 1,77 %

η_С3Н6^ИПС = N_С3Н6 / N°_ИПС = (0,1740/0,1751) * 100% = 99,37%

ϕ_Н2О^ИПС = N_H2O / (N°_ИПС - N_ИПС) = (0,1738/(0,1751-0,0002) * 100% = 99,37 %

ϕ_ац^ИПС = N_ац / (N°_ИПС - N_ИПС) = (0,0001/(0,1751-0,0002) * 100% = 0,06 %

ϕ_Н2^ИПС = N_H2 / (N°_ИПС - N_ИПС) = (0,0031/(0,1751-0,0002) * 100% = 1,77 %

ϕ_С3Н6^ИПС = N_С3Н6 / (N°_ИПС - N_ИПС) = (0,1740/(0,1751-0,0002) * 100% = 99,44 %

x = * 100% = 99,91%