получение МС-40. диплом расчёты. Рассмотрим компонентный состав рецептуры флексографической краски на основе органических растворителей (табл. )
 Скачать 196.26 Kb.
|
 Рисунок - График зависимости изменения энтропии от температуры.  Рисунок - График зависимости изменения свободной энергии Гиббса от температуры.  Рисунок - График зависимости изменения lnKо от температуры. На основании проведенного термодинамического анализа можно сделать следующие выводы: 1. В исследуемом интервале температур изменение энтальпии реакции  , следовательно, реакция является экзотермической (проходит с выделением тепла). Тепловой эффект реакции с увеличением температуры увеличивается .2. Изменение энергии Гиббса в интервале температур от 298 до 403 К имеет отрицательное значение (  ), то есть реакция самопроизвольно протекает в прямом направлении. 3. Согласно уравнению изобары Вант-Гоффа  в случае экзотермической реакции температурный коэффициент константы равновесия  , и с ростом температуры константа равновесия уменьшается, что соответствует рассчитанным значениям. Высокие значения константы равновесия также говорят о смещении равновесия реакции в сторону образования продуктов.2.2 Расчёт материального баланса Для расчёта и составления материального баланса воспользуемся рецептурой для получения сополимера МС-40 (табл. ). Таблица - Рецептура для получения сополимера МС-40 [].
Данные для расчета материального баланса: Годовая производительность П – 1500 т/год; Выход продукта f – 95 %; Степень конверсии xм.ф.– 97,5 %; Число дней работы реактора в году n – 330 дней; Длительность цикла  – 900 минут.Произведём расчёт материального баланса на один цикл, т.к. для получения сополимера МС-40 используют реактор периодического действия. Количество циклов:  Переведём годовую производительность на кг/цикл:   C учётом технологического выхода:  Потери МС-40:   По рецептуре (таблица ) стирол составляет 40 массовых частей, метилметакрилат – 60 массовых частей, тогда расчёт расхода стирола и метилметакрилата:       Расчёт непрореагировавших стирола и метилметакрилата:       Расчёт расхода воды:    Расчёт расхода пероксида бензоила:    Расчёт расхода поливинилового спирта:   Сведём результаты вычислений в итоговую таблицу для составления материального баланса. Таблица – Таблица материальных потоков.
В результате расчета материального баланса определили, что для получения сополимера МС-40 необходимо загрузить в ректор производительностью 1500 т/год и временем цикла 900 мин.: - 1226,84 кг стирола, - 1840,26 кг метилметакрилата, - 3833,88 кг воды, - 30,67 кг пероксида бензоила, - 76,68 кг поливинилового спирта. 2.3 Расчёт теплового баланса Составим таблицу с исходными данными для расчета теплового баланса. Значения берем из таблицы и справочной литературы []. Вклад пероксида бензоила и поливинилового спирта в тепловой баланс процесса незначителен, поэтому при расчёте им можно пренебречь. Таблица - Исходные данные для расчета теплового баланса.
Так как для продукта реакции – сополимера МС-40 мы не можем корректно посчитать мольный поток, то для расчёта теплового баланса будем использовать удельную теплоёмкость и массовый поток. Таблица - Исходные данные для сополимера МС-40 для расчета теплового баланса.
Тепловой баланс рассчитывается по данным материального баланса с учетом тепловых эффектов (экзо- или эндотермических) химических реакций и фазовых превращений (испарение, конденсация, плавление, кристаллизация, возгонка), происходящих в реакторе, подвода тепла с исходным сырьем и отвода тепла с продуктами реакции, тепловых потерь. Тепловой баланс составляется на основе закона сохранения энергии, в соответствии с которым (12):  (12)Для стадии синтеза, в котором, наряду с процессами теплообмена, происходят химические и фазовые превращения, сопровождающиеся выделением или поглощением тепла, уравнение теплового баланса принимает вид (13):  , (13)где  – тепло, входящее в реактор с исходными реагентами, кДж/цикл;  – тепло, выделяющееся (или поглощающееся) в результате химических превращений, кДж/цикл;  – тепло, выделяющееся (или поглощающееся) в результате фазовых цикл превращений, кДж/цикл;  – тепловые потери, кДж/цикл;  – тепловые потери, кДж/цикл;  – количество тепла, отводимое (подводимое) от реактора при помощи теплоносителя, кДж/цикл.Расчет тепла, входящее в реактор с реагентами реакции, ведется по формуле (14):  , (14)где  – тепло, поступающее с i – реагентом, кДж/цикл. Тепло, поступающее с i – реагентом находится по формуле (15):  , (15)где  – мольный поток i – реагента, моль/цикл;  – теплоемкость i – реагента, Дж/моль·К;  – температура i – реагента, К.   Тепло, выделяющееся (или поглощающееся) в результате химических превращений рассчитывается по формуле (16):  (16)где  – теплота n–й химической реакции (основной и побочных), кДж/цикл.Теплота n–й химической реакции находится по формуле (17):  (17)где  – тепловой эффект n–химической реакции, кДж/моль;  – мольный поток полученного n – продукта реакции, моль/цикл. Тепло, выделяющееся (или поглощающееся) в результате фазовых превращений находится по формуле (18):  , (18)где  – мольный поток i – реагента, претерпевающего фазовый переход, моль/цикл;  - энтальпия фазового перехода, кДж/моль (справочная величина).Наличие фазового перехода устанавливают на основании сравнения температур фазовых превращений (кипения, плавления и так далее) подаваемых исходных реагентов и примесей к ним с температурой реакции. В данной реакции фазовых переходов нет. Тогда, приходящее тепло в реактор будет составлять: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, Дж/моль∙К