- •1. Рассчитываем стехиометрическое массовое соотношение между реагентами и продуктами реакции для всех химических превращений, протекающих в системе.
- •2. Схематично (рисунок) показываем материальные потоки на входе в систему и на выходе из системы. Размерность потоков – масса в единицу времени (будем использовать в расчетах кг/час).
- •3. Преобразуем схему в таблицу материального баланса.
- •В реальной жизни в таблицу материального баланса не включают промежуточную колонку «Расход/накопление в результате химической реакции», я ее использую в рамках решения учебной задачи;
- •Вид графы для изопропанола на Выходе с учетом того, что по условиям задачи оговорены потери этого компонента системы:
1. Составить и описать технологическую схему производства изопропанола методом парофазной гидратации пропилена.
2. Составить материальный баланс процесса.
3. Рассчитать технологические и технико – экономические показатели.
В основу расчета принять следующую реакцию:
Задача № 1
Исходные данные |
Варианты |
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Производительность установки по изопропанолу, тонн/сут. |
50 |
|
|
|
Потери изопропанола, %-масс. от производительности |
1,0 |
|
|
|
Состав технического пропилена, %-об.: пропилен пропан |
99,8 0,2 |
|
|
|
Мольное соотношение «вода-пропилен» |
10:1 |
|
|
|
Степень превращения пропилена |
0,22 |
|
|
|
Задача № 2
Исходные данные |
Варианты |
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Пропускная способность установки по пропилену, тонн/сут. |
30 |
|
|
|
Потери пропилена, %-масс. от пропускной способности |
0,5 |
|
|
|
Состав технического пропилена, %-об.: пропилен пропан азот |
98,0 1,0 1,0 |
|
|
|
Мольное соотношение «вода-пропилен» |
15:1 |
|
|
|
Степень превращения воды |
0,05 |
|
|
|
Алгоритм решения:
В задании сформулированы три вопроса.
Первый - «Составить и описать технологическую схему производства …».
Вам требуется: найти принципиальную технологическую схему своего производства (на бумажном носителе или в интернете), скопировать и распечатать данную схему и ее описание. Разобраться в технологической схеме (назначение аппаратов, направление потоков).
Второй – «Составить материальный баланс процесса».
Вам требуется рассчитать все материальные потоки на входе и на выходе из системы, в соответствии с Вашим заданием.
Третий – «Рассчитать технологические и технико – экономические показатели».
Вам требуется, используя таблицу материального баланса рассчитать несколько показателей, какие будет оговорено ниже по ходу решения задач, приводимых Вам в качестве образца.
Пример решения задачи 1.
Задача № 1
Исходные данные |
Варианты |
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Производительность установки по изопропанолу, тонн/сут. |
50 |
|
|
|
Потери изопропанола, %-масс. от производительности |
1,0 |
|
|
|
Состав технического пропилена, %-об.: пропилен пропан |
99,8 0,2 |
|
|
|
Мольное соотношение «вода-пропилен» |
10:1 |
|
|
|
Степень превращения пропилена |
0,22 |
|
|
|
Решение задачи 1.
Первые несколько шагов при решении Ваших задач предлагаю выполнять в виде жесткой последовательности (см. шаг 1, шаг 2 и шаг 3). Дальнейшее решение будет уже индивидуальным для каждой задачи (универсальной «таблетки» нет).
1. Рассчитываем стехиометрическое массовое соотношение между реагентами и продуктами реакции для всех химических превращений, протекающих в системе.
(в Ваших задачах такая реакция будет только одна, для нее и считаете).
Записали уравнение реакции (символьная запись реагентов и продуктов реакции с учетом стехиометрических коэффициентов, то есть именно уравнение, в котором количество атомов каждого элемента в правой и левой части одинаково).
? |
Участник реакции |
|||
С3Н6 |
Н2О |
С3Н7ОН |
||
Стехиометрический коэффициент в уравнении (размерность этого коэффициента кратна количеству частиц, для наших расчетов удобно принять размерность как «моль») |
1 |
1 |
1 |
|
Молярная масса, г/моль |
42,0797 |
18,0153 |
60,0950 |
|
Произведение стехиометрического коэффициента на молярную массу, г |
142,0797 = 42,0797 |
118,0153 = 18,0153 |
160,0950 = 60,0950 |
|
Сумма масс реагентов (левая часть уравнения), г |
42,0797 + 18,0153 = 60,0950
|
- |
||
Сумма масс продуктов (правя часть уравнения), г |
- |
60,0950 |
Очевидно, что сумма масс реагентов и продуктов реакции должна быть одинаковой, так как химические превращения не сопровождаются изменением массы.
Замечание: я брал атомные массы элементов с четырьмя знаками после запятой, при решении учебной задачи обычно мы ограничиваемся целочисленными атомными массами элементов, где это возможно (например, хлор придется брать с одним десятичным знаком). Разберетесь.
Стехиометрическое массовое соотношение для нашего примера:
С3Н6 |
Н2О |
С3Н7ОН |
42,0797 г |
18,0153 г |
60,0950 г |
42,0797 кг |
18,0153 кг |
60,0950 кг |
42,0797 тонн |
18,0153 тонн |
60,0950 тонн |
Или, с учетом того, что мы договорились округлять атомные (молярные) массы до целых величин:
С3Н6 |
Н2О |
С3Н7ОН |
42 г |
18 г |
60 г |
42 кг |
18 кг |
60 кг |
42 тонн |
18 тонн |
60 тонн |
Как мы его (стехиометрическое массовое соотношение) используем?
Зная массу только одного вещества израсходованного или образовавшегося в результате химической реакции (любого реагента или продукта реакции), можем рассчитать затраченную (или полученную) массу каждого участника реакции.
Например, для нашей системы:
- пусть в реакцию вступило 50 кг пропилена, сколько воды прореагировало, сколько спирта образовалось?
Из 42 кг пропилена образуется 60 кг пропанола, из 50 кг пропилена – х кг
-
- 60
50 – х
х = 71,4 кг (расчеты в кг округляем до первого знака после запятой)
42 кг пропилена реагируют с 18 кг воды, 50 кг пропилена с х кг
42 – 18
50 – х
х = 21,4 кг
Или
Пусть в результате реакции образовалось 100 кг пропанола, сколько прореагировало (затратилось) пропилена и воды?
При образовании 60 кг пропанола расходуется 42 кг пропилена, на 100 кг пропанола расходуется х кг пропилена
60 – 42
100 – х
х = 70 кг
При образовании 60 кг пропанола расходуется 18 кг воды, на 100 кг пропанола расходуется х кг воды
60 – 18
100 – х
х = 30 кг