Материальный баланс дегидрирования изопропилбензола

Приход					Расход
Сырье		% моль.		% масс	Продукты реакции		% моль.		% масс
Изопропибензол	3,33	100	400	100	α – Метилстирол	1,69	29,75	200,00	50,00
					Изопропилбензол (непр.)	0,97	16,90	114,84	28,71
					Водород	1,69	29,75	3,38	0,84
					Толуол	0,67	11,79	61,67	15,42
					Этан	0,67	11,55	20,11	5,03
Итого	3,33	100	400	100	Итого	5,68	100	400	100

Решение:

Стехиометрические коэффициенты равны:

_А=-1; _В=1; _С =1, _А1=-1; _В1=1; _С1 =1.

Молекулярные массы веществ, участвующих в реакции, равны:

Мr_А = 120; Мr_В=118; Мr_С=2; Мr_В1 = 92; Мr_С1 =30.

Количество изопропилбензола в кмоль/час:

Gn = 3,33 кмоль/час.

Количество не прореагировавшего изопропилбензола в кмоль/час:

Gn ₁ = 0,97 кмоль/час.

Количество α – метилстирола в кмоль/час:

Gn ₂ = 1,69 кмоль/час.

Степень превращения изопропилбензола:

(71 %).

Выход α – метилстирола:

f_В = Gn₂/Gn = 1,69/3,33 = 0,51 (51 %).

Селективность:

(71 %).

Пример 1.2

Рассчитать теоретические и практические расходные коэффициенты этанола и уксусной кислоты для получения 1000 кг этилацетата

С₂Н₅ОН + СН₃СООН = СН₃СООС₂Н₅ + Н₂О

А В С Д

Исходные данные: степень превращения х_А=0,72; селективность Ф_АС = 0,90; технологический выход f_с = 0,86; молярное соотношение исходных реагентов А : В = 1:2. Состав исходного реагента А, (% масс): этанол (С₂Н₅ОН) -92,4; вода (Н₂О )- 7,6 (примесь). Состав исходного реагента В, (% масс): уксусная кислота (СН₃СООН) - 97,6; муравьиная кислота (НСООН) -2,4 (примесь).

Решение:

Стехиометрические коэффициенты равны:

_А=-1; _В=-1; _С =1; _Д =1;

Молекулярные массы веществ, участвующих в реакции, равны:

Мr_А = 46; Мr_В=60; Мr_С=88; Мr_Д = 18.

Теоретические расходные коэффициенты, согласно определению, равны:

для этанола (А):

.

Для уксусной кислоты (В):

.

Практический расходный коэффициент для этанола (А), согласно формуле (1.7), равен:

или .

Так как в реакции используется технический этанол, то определяем его расход в смеси с водой (примесь):

.

Количество воды в смеси составит:

.

Исходя из молярного соотношения исходных реагентов, получим практический расходный коэффициент для уксусной кислоты (В) в кмоль:

или .

Практический расходный коэффициент уксусной кислоты с примесью:

.

Ответ: теоретические расходные коэффициенты для получения 1000 кг этилацетата (кг) составляют: этиловый спирт - 522, уксусная кислота - 681, а практические расходные коэффициенты (кг) - 1115, 2506 соответственно.

Пример 1.3

Рассчитать теоретические и практические расходные коэффициенты оксида углерода, метанола и этилена для получения 1000кг этилацетата по реакции:

СО + СН₃ОН + С₂Н₄ = СН₃СОО С₂Н₅

А В С Д

Исходные данные: степень превращения х_В=0,912; селективность Ф_АД = 0,87; технологический выход f_д = 0,941; молярное соотношение реагентов А:В:С = 2 :1:2. Состав исходного реагента А, (% об): оксид углерода (СО)- 87,5; азота (N₂) - 12,5. Состав исходного реагента В, (% масс): метанол (СН₃ОН)- 93,8; вода (Н₂О) - 6,2. Состав исходного реагента С, (% об): этилена (С₂Н₄) - 99,9; этана (С₂Н₆) - 0,1.

Решение.

Стехиометрические коэффициенты равны:

_А=-1;_В=-1; _С =-1; _Д =1.

Молекулярные массы веществ, участвующих в реакции, равны:

Мr_А = 28; Мr_В=32; Мr_С=28; Мr_Д = 88.

Теоретические расходные коэффициенты, согласно определению, равны:

для оксида углерода (А):

Для метанола (В):

.

Для этилена (С)

.

Практический расходный коэффициент определяем по метанолу т.к. метанол по отношению к другим исходным реагентам взят в недостатке.

Практический расходный коэффициент для метанола (В), согласно формуле (1.7), равен:

или

Так как в реакции используется технический метанол, то определяем его расход с примесью:

Количество воды в метаноле составит:

.

Исходя из молярного соотношения исходных реагентов, рассчитаем практический расходный коэффициент для оксида углерода (А) в кмоль:

или ;

где 22.4 –объем газа при нормальных условиях.

Практический расходный коэффициент оксида углерода с учетом его состава:

.

Количество азота в смеси составит:

;или

Исходя из молярного соотношения исходных реагентов, рассчитаем практический расходный коэффициент для этилена (С) в кмоль:

или .

Практический расходный коэффициент этилена с учетом ее состава:

.

Количество этана в смеси составит:

или .

Ответ: теоретические расходные коэффициенты для получения 1000 кг этилацетата составляют: оксида углерода – 318 кг (254 м³), метанола – 363 кг, этилена –318 кг (254 м³), а практические расходные коэффициенты: оксида углерода – 779 м³, метанола – 519 кг, этилена – (682, м³).

Пример 1.4

Определить практические расходные коэффициенты сырья в производстве карбида кальция (технического), имеющего по анализу следующий состав веществ, (%масс.): СаС₂-78, СаО-15, С-3, прочие примеси - 4. Известь содержит, (%масс.): СаО-96.5; содержание в коксе золы - 4, летучих – 4, влаги –3.

СаО + 3С = СаС₂+СО

А В С Д

Решение:

Стехиометрические коэффициенты равны:

_А=-1;_В=-3; _С =1; _Д =1.

Молекулярные массы веществ, участвующих в реакции, равны:

Мr_А = 56; Мr_В = 12; Мr_С = 64; Мr_Д = 28.

Определим количество карбида кальция в 1000 кг продукта:

.

По уравнению реакции для получения 780 кг карбида кальция потребуется извести:

.

В техническом продукте содержится 15% непрореагировавшей извести:

.

Тогда общий расход извести равен:

+ = 682,5+150=832,50 кг.

Расход технической извести тогда составит:

.

Определим практический расходный коэффициент для кокса: процентное содержание углерода в коксе;

100% - (- i_золы + i_{летуч. в-в} + i_влаги )=100 - (4+4+3) = 89%.

По уравнению реакции для образования 780 кг карбида кальция расходуется углерода:

.

В готовом продукте в виде непрореагировавшего углерода содержится: .

Тогда общий расход углерода составит:

+ .

Расходный коэффициент по коксу с учетом процентного содержания углерода равен:

.

Ответ: практические расходные коэффициенты для получения 1000 кг карбида кальция (кг) составляют: извести-862.7кг, углерода-468,8кг.