Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

balans

.pdf
Скачиваний:
96
Добавлен:
24.03.2015
Размер:
520.97 Кб
Скачать

mпот =mбутадиенобщ mбутадиен=1620,81кг/ час1588,39кг/ час=32,42кг/час

11. Составляем уравнение материального баланса:

mбут′′ .фр. = mбутадиен + mH2 + ∆mбутен′ + mбутан + mбутадиен + mизобутилен + mпот

10000 = 1588,39 + 60,03 + 7119 + 400 + 400 + 400 +32,42 10000 = 9999,84

12. Составляем таблицу материального баланса:

 

Приход

 

 

 

Расход

 

Компонент

кг/час

%масс

 

Компонент

 

кг/час

%масс

1.Техническая

10000,00

17,22

1.

Бутадиен

 

1588,39

2,73

 

 

 

 

 

бутеновая

 

 

2.

Водород

 

60,03

0,10

фракция, в т.ч.

 

 

 

 

 

3.Непревращенный

 

 

бутен

8800,00

15,15

 

12,26

бутен

 

7119,00

бутан

 

400,00

0,69

4.

Бутан

 

400,00

0,69

бутадиен

 

400,00

0,69

Бутадиен

 

400,00

0,69

изобутилен

 

400,00

0,69

Изобутилен

 

400,00

0,69

 

 

2.Водяной пар

48084,84

82,78

5.

Потери

 

32,42

0,06

 

 

 

бутадиена

 

 

 

 

6.

Водяной пар

 

48084,84

82,78

 

 

 

 

 

 

 

Итого:

58084,84

100%

Итого:

 

58084,84

100%

51

2.5 Расчет материального баланса сложного обратимого процесса

Реакции для расчета:

а1А ↔ rR

(целевая) реакция 1

а2А ↔ sS

(побочная) реакция 2

Исходные данные: Производительность установки по целевому продукту R ,т/сут

Состав технического реагента А,% об.: Чистый реагент А Примесь в составе технического реагента А

Условия реакции: Температура Давление

Значение Кр при температуре процесса реакция 1 (целевая)

реакция 2 (побочная)

Потери продукта R, % вес.

ПR

ωА

ωпрА

Т, К р,ата

Кр1

Кр2

ωпотR

1. Рассчитывают молярные массы всех участников процесса, умножают полученные значения на соответствующие стехиометрические коэффициенты:

а1А ↔ rR а1МА rMR а2А ↔ sS а2МА rMS

Проводят проверку расчета:

а1МА = rMR а2МА = sMS

52

2. Рассчитывают производительность установки по целевому продукту R в кг/час.

= ПR 1000

mR 24

3. Рассчитывают производительность установки с учетом потерь:

mR* =

mR

100%

100% ωпот.R, %

 

 

Находят массу потерь продукта R: mпот. = mR* mR

4.Рассчитывают количество продукта в кмоль/час:

n* = mR*

R M R

5.Согласно стехиометрии на образование целевого продукта R количеством nR* израсходовано:

nцелA = аr1 nR* .

6.Предположим, что в состоянии равновесия на процесс было подано х кмоль/час чистого реагента А, из которого в целевую реакцию вступило реагента А, количеством

nцелA (кмоль/час), а на побочную реакцию, т.е. на образование побочного продукта S, количеством у кмоль/час, вступило

аs2 у кмоль/час, тогда равновесный состав смеси:

53

Компонент

Начальный момент

В момент равновесия

 

n, кмоль/час

n, кмоль/час

1.Технический реагент

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А, в т.ч.:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Чистый реагент А

 

 

х

 

хnAцел

 

а2

у

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примесь реагента А

 

ωпр. А

 

х

 

ωпр. А

 

х

 

 

 

 

 

 

 

ω

А

 

ω

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Целевой продукт R

 

 

0

 

 

 

 

nR*

 

 

 

3.Побочный продукт S

 

 

0

 

 

 

 

у

 

 

 

Итого

 

Σn

 

 

Σn*

 

- где примесь из состава технического реагента А рассчитывают, зная процентное содержание (об.) компонентов:

nпрА = ωωпр. А х

А

Σn = х+ ωпр. А х+0 +0

ωА

Σn* = хnAцел

а

2

у+

ωпр. А

х+nR*

+ у

s

ω

А

 

 

 

 

7. Записывают выражения парциальных давлений участников реакций в равновесной смеси согласно закону Рауля:

Рi* = Σnni * P

- для целевой реакции:

54

хnцелА а2 у

Р*цел =

s

P

А

Σn*

 

Р* = nR* P

R Σn*

-для побочной реакции:

 

хnцелА

а2

у

 

s

Р*поб =

 

 

P

А

Σn*

 

 

 

РS* = Σуn* P ,

где Р – общее давление

8. Парциальные давления реагентов и продуктов в состоянии равновесия подставляют в константу равновесия:

К= РR*r PS*S

рPА*a РВ*в

РА* , РВ* , РR* , РS* - парциальные давления участников

реакции в состоянии равновесия - для целевой реакции:

 

 

 

 

 

 

 

n*

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

Р

 

 

 

*r

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

Σn

 

 

 

 

 

К

р1 =

РR

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(P*цел )а1

 

цел

 

а

2

 

a1

 

 

A

 

x n

А

 

 

у

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

Σn*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-для побочной реакции:

55

 

 

 

 

 

 

 

 

у

 

 

 

s

 

 

 

РS*s

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

Σn*

 

 

К

р2 =

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

(P*поб

)а2

 

цел

а

2

 

a2

 

 

A

 

 

x n

А

 

 

у

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

Σn*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решают полученную систему уравнений, находят корни х

и у.

Если в результате решения получают несколько значений х и у, то выбирают положительное, имеющее физический смысл:

хnцелА аs2 у 0

9. Рассчитывают состав равновесной смеси в кмоль/час и кг/час.

Компонент

 

n, кмоль/час

 

 

n, кмоль/час

1.Технический реагент А, в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т.ч.:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Чистый А

nА

= х

nАцел

а2

у

mА = МА nА

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примеси А

 

n

 

 

ωпр. А

х

 

mпр. А = Мпр nпр. А

 

 

 

 

 

 

 

 

пр. A

 

ω

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Целевой продукт R

 

 

 

 

nR*

 

 

 

 

mR* = nR* M R

3.Побочный продукт S

 

 

nS = у

 

 

mS = nS M S

 

 

 

 

 

56

10. Находят массу чистого реагента А: mA = nA M A

где nА = х, найденное в ходе решения системы уравнений. 11. Составляют уравнение материального баланса:

mАтех = mR + mS + ∆mA + mпрA + mпот.R , где mАтех = mA + mпрA

12. Составляют таблицу материального баланса:

 

приход

 

 

 

 

 

 

расход

 

 

 

 

 

 

компонент

 

rг/час

%масс

 

 

компонент

rг/час

%масс

 

 

 

1.Технически

 

m

тех

 

m

тех

 

 

1.Целевой

 

mR

 

mR

 

 

 

й реагент А,

 

 

А

 

 

А

 

 

продукт R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100

 

 

 

Σm 100

в т.ч.:

 

 

 

 

mAтех

 

 

 

 

 

Чистый

 

mА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mА

 

100

2.Побочный

mS

 

mS

100

реагент А

 

 

 

продукт S

 

 

 

 

 

 

mАтех

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Σm

 

 

 

примесь

 

m

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пр. А

 

 

 

 

3.Непревращенн

m

 

m

100

реагента А

 

 

 

 

пр. А

 

100

ый

остаток

А

 

 

A

 

 

 

 

 

mАтех

 

реагента А

 

 

Σm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Примесь

mпр. А

 

mпр. А

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

реагента А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Σm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Потери

 

mпот.R

 

mпот.R

 

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

продукта R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Σm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Итого

 

mАтех

 

 

100%

Итого

 

m

100%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

57

Пример 5. Расчет материального баланса сложного обратимого процесса

Получение изопентана изомеризацией нормального

пентана

 

 

н-С5Н12

↔ и-С5Н12

(целевая) реакция 1

н-С5Н12

↔ С(СН3)4

(побочная) реакция 2

(реакции обратимые,эндотермические) Производительность установки по изопентану

ПиС5 Н12 =90т/ сут

Состав н-пентана, % об.:

ωнС5 Н12 =98%об

ωнС4 Н10 = 2%об

Условия реакции:

Температура

Т =700К

Давление

Р =1 ата

Значение Кр при температуре процесса: реакция 1 (целевая) Кр1 =1,950

реакция 2 (побочная) Кр2 = 0,125 Потери изопентана, % вес.

ωпот.иС5 Н12 = 2,5%

1.Рассчитаем молярные массы всех участников процесса, умножаем полученные значения на соответствующие стехиометрические коэффициенты:

н-С5Н12 ↔ н-С5Н12

1·72 1·72

н-С5Н12 ↔ С(СН3)4

1·72 1·72

Проводим проверку правильности расчета:

58

а1 МнС5 Н12 = r МнС5 Н12

1·72 кг/кмоль = 1·72 кг/кмоль

а2 МнС5 Н12 = s МС(СН3 )4

1·72 кг/кмоль = 1·72 кг/кмоль

2. Рассчитаем производительность установки по целевому продукту и-С5Н12 в кг/час.

mиС5 Н12

=

ПиС5

Н12 1000

=

90т/ сут 1000

=3750кг/ час

 

24

 

 

 

 

 

24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Рассчитаем производительность установки с учетом

потерь:

 

 

 

mиС5Н12

 

 

 

 

 

 

 

3750кг/ час

 

m

*

=

 

 

 

 

 

 

 

100% =

100% = 3846,15кг/ час

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

иС5Н12

 

100% ωпот.иС5Н12 , %

 

 

 

100% 2,5%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Находим массу потерь продукта и-С5Н12:

m

Н15

=m*

 

m

С5 Н12

=3846,15кг/ час3750кг/ час=96,15кг/ час

 

пот.иС5

иС5 Н12

и

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Рассчитаем количество продукта в кмоль/час:

 

 

 

*

 

 

mи*С5 Н12

 

3846,15кг

/ час

 

 

 

 

nи

С5 Н12

=

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

=53,42кмоль/ час

 

 

M иС5 Н12

72кг/ кмоль

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Согласно стехиометрии на образование целевого

продукта и-С5Н12 количеством

nи*С5 Н12

израсходовано:

 

 

 

 

 

nнцелС5 Н12

=

а1

nи*С5

Н12

=1 53,42кмоль/ час.

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

6.Предположим, что в состоянии равновесия на процесс было подано х кмоль/час чистого реагента н-С5Н12, из которого в целевую реакцию вступило реагента н-С5Н12, количеством

59

nнцелС5 Н12 (кмоль/час), а на побочную реакцию, т.е. на образование побочного продукта С(СН3)4, количеством у кмоль/час,

вступило аs2 у кмоль/час, тогда равновесный состав смеси:

Компонент

Начальный момент

В момент равновесия

 

n, кмоль/час

n, кмоль/час

1.Технический реагент

 

 

н-С5Н12, в т.ч.:

 

 

чистый реагент

х

х53,42 1 у

н-С5Н12

 

1

 

 

Примесь реагента

0,02 х

0,02 х

н-С5Н12

 

 

н-С4Н10

 

 

2.Целевой продукт

0

53,42

и-С5Н12

0

у

3.Побочный продукт

С(СН3)4

 

 

Итого

Σn =1,02х

Σn* =1,02х

- где примесь из состава технического реагента н-С5Н12 рассчитаем, зная процентное содержание (об.) компонентов:

n

нС4

Н10

=

ωнС4 Н10

х =

2%

х = 0,02

х

ωнС5 Н12

98%

 

 

 

 

 

Σn = х+0,02 х

Σn* = х53,42 = у+0,02 х+53,42 + у =1,02 х

60

Соседние файлы в предмете Общая химическая технология