balans

mпот =mбутадиенобщ −mбутадиен=1620,81кг/ час−1588,39кг/ час=32,42кг/час

11. Составляем уравнение материального баланса:

mбут′′ .фр. = mбутадиен + mH2 + ∆mбутен′ + mбутан + mбутадиен + mизо−бутилен + mпот

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

12. Составляем таблицу материального баланса:

51

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

= ПR 1000

mR 24

3. Рассчитывают производительность установки с учетом потерь:

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

- 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

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

Рi* = Σnni * P

- для целевой реакции:

54

х−nцелА − а2 у

Р* = nR* P

R Σn*

-для побочной реакции:

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:

-для побочной реакции:

55

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:

х−nцелА − аs2 у 0

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

56

10. Находят массу чистого реагента А: m′A = n′A M A

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

mАтех = mR + mS + ∆m′A + mпрA + mпот.R , где mАтех = m′A + mпрA

12. Составляют таблицу материального баланса:

57

Пример 5. Расчет материального баланса сложного обратимого процесса

Получение изопентана изомеризацией нормального

(реакции обратимые,эндотермические) Производительность установки по изопентану

Пи−С5 Н12 =90т/ сут

Состав н-пентана, % об.:

ωн−С5 Н12 =98%об

ωн−С4 Н10 = 2%об

Условия реакции:

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

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

ωпот.и−С5 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 Мн−С5 Н12 = r Мн−С5 Н12

1·72 кг/кмоль = 1·72 кг/кмоль

а2 Мн−С5 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.

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

nнцел−С5 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:

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

Σn = х+0,02 х

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

60