Варианты заданий 4а – 4д

Тема курсовой работы: моделирование системы управления реакционным аппаратом на основе анализа уравнений кинетики химической реакции.

Задание:

– исследовать процесс функционирования реактора, предназначенного для получения метил-третамилового эфира (МТАЭ) путем химического взаимодействия метанола с изоамиленами (2-метилбутен-1, 2-метилбутен-2) в присутствии катализатора;

– для заданной области изменения состава смеси изоамиленов определить расход холодного теплоносителя в реактор, температуру теплоносителя и реакционной смеси, при которых степень превращения изоамиленов будет максимальной;

– получить кинетические кривые по длине реактора для одного из составов смеси изоамиленов;

– зависимость расхода нагревающего теплоносителя в теплообменник для нагревания реакционной смеси от состава смеси изоамиленов представить в табличном и графическом виде;

– зависимость расхода холодного теплоносителя в реактор, температуры холодного теплоносителя от состава смеси изоамиленов представить в табличном и графическом виде;

– построить функциональную схему автоматизации технологического процесса;

– разработать презентацию курсовой работы и подготовить доклад к защите.

Исходные данные и описание процесса:

1. Технологическая схема установки состоит из теплообменника и реактора.

2. В целях повышения степени превращения реакционная смесь предварительно нагревается в теплообменнике. Таким образом, температура реакционной смеси на входе реактора поддерживается изменением расхода горячего теплоносителя в теплообменнике.

3. Реакция взаимодействия изоамиленов с метанолом протекает с выделением тепла, ее проводят в трубчатом реакторе. Для поддержания требуемого температурного режима в межтрубное пространство реактора подается холодный теплоноситель.

4. Реакция описывается системой дифференциальных уравнений:

,

,

,

,

где – объемные мольные концентрации компонентов реакционной смеси ( – 2-метилбутен-1, – 2-метилбутен-2, – МТАЭ, – метанол); – объемная мольная концентрации катализатора; l – продольная координата реактора (дм); S – свободное сечение трубки реактора; V – объемный расход реакционной смеси в трубке (л/с).

5) Изменение температур реакционной смеси и холодного теплоносителя в реакторе определяются с помощью уравнений теплового баланса:

,

,

где – тепловой эффект реакции; – изобарная теплоемкость реакционной смеси; – коэффициент теплопередачи от реакционной массы к теплоносителю через стенки трубки; N, D – количество и диаметр трубок в реакторе; – массовый расход теплоносителя; – массовая теплоемкость теплоносителя.

6) Константы скорости реакции описываются уравнением Аррениуса:

,

где – предэкспоненциальный множитель, – энергия активации компонентов, вступающих в реакцию, R – универсальная газовая постоянная.

, Дж/моль;

, Дж/моль;

, Дж/моль;

, Дж/моль.

7) Температура реакционной смеси и горячего теплоносителя на входе теплообменника , ; теплоемкость реакционной смеси и горячего теплоносителя , ; длина реактора L; пределы изменения температуры реакционной смеси на входе реактора ÷ ; пределы изменения температуры теплоносителя на входе реактора ÷ ; расход смеси изоамиленов ; концентрация 2-метил-бутена-1 в смеси изоамиленов ÷ ; расход метанола ; пределы изменения расхода теплоносителя ÷ (табл. 4.1).

8) Плотности компонентов: кг/м³, кг/м³, кг/м³, кг/м³.

Таблица 4.1

Параметр	Вариант 4а	Вариант 4б	Вариант 4в	Вариант 4г	Вариант 4д
L, дм	60	55	50	45	40
S, дм2	0.0221	0.0221	0.0221	0.0221	0.0221
N	3367	3500	3600	3700	3800
D, дм	0.21	0.2	0.25	0.3	0.3
К, Дж/(дм2∙ град ∙c)	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3
сk, моль/л	0.1	0.11	0.12	0.13	0.14
∆H, Дж/моль	43000	43000	43000	43000	43000
TГ, К	368	368	368	368	368
, К	310	310	310	310	310
, К	338	339	335	330	340
, К	358	360	355	350	360
GA, моль/с	25	24	26	28	30
cmin, мол. дол.	0.03	0.02	0.01	0.04	0.05
cmax, мол. дол.	0.13	0.15	0.1	0.18	0.20
GB, моль/с	21	20	22	23	24
cp, Дж/(кг∙град)	2690	2690	2690	2690	2690
, Дж/(л∙град)	1830	1830	1830	1830	1830
, кг/c	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
, кг/c	2	2	2	2	2
, К	308	313	305	305	300
, К	323	330	325	320	330
сХ, Дж/(кг∙град)	4180	4180	4180	4180	4180
сГ, Дж/(кг∙град)	4190	4190	4190	4190	4190