3) Записать уравнения суммарных независимых реакций образования ключевых продуктов
Стехиометрические коэффициенты соответствуют этим четырем суммарным реакциям:
СH3OH CH2O + H2 H2 + 0,5 O2 H2O СH3OH + O2 HCOOH + H2O СH3OH + 1,5 O2 CO2 + 2H2O
4) По суммарным реакциям рассчитать материальный баланс процесса, если в реактор подают 100 моль/час метанола, 40 моль/час кислорода (в виде воздуха с 21% кислорода и 79% азота) степень конверсии кислорода 100%, а выходы формальдегида, муравьиной кислоты и СО2 равны, соответственно 0.80, 0.01 и 0.09
Формула для расчета выхода
Отсюда находим мольные потоки веществ
FCH2O = 0,8*100 = 80 моль/час
FHCOOH = 0,01*100 = 1 моль/час
FCO2 = 0,09*100 = 9 моль/час
FCH3OH = FCH3OH,0 – FCH2O – FHCOOH – FCO2 = 100 – 80 – 1 – 9 = 10 моль/час
FO2 = 0 (так как степень конверсии 100%)
FO2 = FO2,0 – 0,5*FH2O – FHCOOH – 1,5*FCO2 = 40 – 0,5*x – 1 – 1,5*9 = 40 – 0,5*х – 14,5 = 0
х = 51 моль/час
FH2O = FH2 + FHCOOH + 2*FCO2 = 51 + 1 + 2*9 = 70 моль/час
FH2 = FCH2O – FH2O = 80 – 51 = 29 моль/час
Для проверки составим таблицу материального баланса процесса:
-
Вещество
Молекулярная масса
Приход
Расход
кмоль/час
кг/час
кмоль/час
кг/час
СH3OH
32
100
3200
10
320
O2
32
40
1280
0
0
CH2O
30
0
0
80
2400
HCOOH
46
0
0
1
46
CO2
44
0
0
9
396
H2O
18
0
0
70
1260
H2
2
0
0
29
58
Итого
4480
4480
Равенство суммарных массовых потоков на входе на выходе из реактора подтверждает правильность произведенных расчетов.
5) Вычислить селективность процесса по формальдегиду.
Формула для расчета селективности
XA = (100–10)/100 = 0,9
ФCH2OCH3OH = 80/(100*0,9) ≈ 0,89
Тема - Вывод кинетических уравнений Задание - kinet13
Для следующей схемы элементарных стадий: A <=> X1 + Z1
X1 + Y B
B <=> X2 + Z2
X2 + B C
Вывести кинетическое уравнение, записать уравнение скоростей превращения по веществам А и C (-dCA/dt и dCC/dt), преобразовать их в концентрационную форму, как функцию только двух переменных (СAи СC), имея в виду, что промежуточные частицы Х образуются в пренебрежимо малой концентрации.
Поскольку концентрация частицы X мала, можно применить принцип Боденштейна-Семенова и приравнять скорость изменения [X] нулю:
откуда получаем выражение для стационарной концентрации X:
Скорости расходования вещества A и образования вещества B равны соответственно:
Теперь запишем суммарные реакции, исключив промежуточное вещество X, количество которого из-за малой концентрации не нужно учитывать в уравнениях материального баланса:
A + Y B + Z1 и B + B C + Z2
или
A + Y B + Z1 и 2A + 2Y C + Z2
Из последних двух уравнений суммарных реакций следуют уравнения баланса:
Подставив концентрации в приведенные выше кинетические уравнения, получим искомые уравнения:
