Рассчитаем теплоёмкости исходных веществ и продуктов реакции при заданных температурах:

cp ( C2H4)=11,32 + 122,01·10-3·303 – 37,9·10-·3032 =44,81 кДж/кмоль

cp 8( C2H4)=11,32 + 122,01·10-3·383 – 37,9·10-·3832 =52,49 кДж/кмоль

cp ( О2)=31,46 + 3,39·10-3·303 – 3,77·105·303-2 =28,38 кДж/кмоль

cp 8( О2)=31,46 + 3,39·10-3·383 – 3,77·105·383-2 =24,04 кДж/кмоль

cp 8( CH3СНО)=13,00 + 153,5·10-3·383 – 53,7·10-·3832 =80,46 кДж/кмоль

cp 8( CH3СООН)=14,82 + 196,7·10-3·383 – 77,7·10-·3832 =78,76 кДж/кмоль

cp 8( СО2)=44,14 + 9,04·10-3·383 – 8,54·105·383-2 =41,78 кДж/кмоль

cp 8( Н2О)=30,00 + 10,71·10-3·383 + 0,33·105·383-2 =34,36 кДж/кмоль

cp 0( N2)=27,88 + 4,27·10-3·303 =29,17 кДж/кмоль

cp 8( N2)=27,88 + 4,27·10-3·383 =29,51 кДж/кмоль

Приход тепла

1. Тепло, приходящее с исходными веществами:

Qисх. в-в = ΣGni · cpi · Tн = G C2H4· cp ( C2H4) · Tн + G О2· cp ( О2) · Tн + G N2 · cp 0( N2) · Tн =

=1,786 ·44,81· 303 + 3,376· 28,38· 303 + 12,698· 29,17· 303 = 165511,4 кДж/час

2. Тепло химических реакций:

Qр= Qобркон – Qобрисх

Теплота образования конечных веществ:

Qобркон = Σ(–ΔН°j) · Gnj

Qобр C2H4 = –52,3 · 0,143 · 10 = –7478,9 кДж/час

Qобр CH3СНО = 166,00 · (1,316 + 0,163) · 10 = 245 514 кДж/час

Qобр CH3СООН = 434,84 · 0,049 · 10 = 21307,2 кДж/час

Qобр СО2 = 393,51 · 0,23 · 10 = 90507,3 кДж/час

Qобр Н2О = 241,81 · 0,23 · 10 = 55616,3 кДж/час

Теплота образования исходных веществ:

Qобркон = Σ(–ΔН°i) · Gni

Qобр C2H4 = –52,3 · 1,786 · 10 = –93407,8 кДж/час

Qр=495465,9 – (– 93407,8 ) =498873,3 кДж/час

3. Тепло фазовых переходов.

В условиях реакции фазовых переходов продуктов реакции и реагентов не происходит.

4. Итого, приход тепла:

Qприх = Qисх. в-в + Qр = 165511,4 + 498873,7 = 664385,1 кДж/час

Расход тепла

1. Тепло, уносимое из реактора продуктами реакции и непрореагировавшими веществами:

Qпрод= ΣGnj· cpj · Tк = G C2H4· cp 8( C2H4) · Tк + G О2 · cp 8(О2) · Tк + G N2 · cp 8( N2) · Tк + G СО2 · cp 8( СО2) · Tк + G Н2О · cp 8(Н2О) · Tк = (0,143·52,49 + 2,243·24,04+ 12,698·29,51 + 0,23·41,78 + 0,23·34,36)·383 = 173751,0 кДж/час

2. Тепло, затрачиваемое на подогрев исходных реагентов:

Qнагр = ΣGni· cpi · (Tк – Tн) = [G C2H4· cp (C2H4) + G N2 · cp 0(N2) + G О2· cp ( О2)]· (Tк – Tн) = (1,786·44,81 + 12,698·29,17 + 3,376·28,38) · (383 – 303) = 43699,4 кДж/час

3. Потери тепла:

Δ Q= 0,04·Qприх = 0,04·664385,1 = 26575,4 кДж/час

4. Тепловая нагрузка:

QF = Qприх – Qпрод – Qнагр – Δ Q = = 664385,1– 173751,0 – 43699,4 – 26575,4 = 420 359,3 кДж/час

Таблица теплового баланса:

Поверхность реактора:

Примем разность температур реакционной массы и теплоносителя равной Δtср = 50 К, коэффициент теплопередачи k = 150 вт/м2·К , тогда площадь поверхности реактора составит

F = QF/(k· Δtср) = (420 359,3 · 1000)/(150 · 50 · 3600) = 15,57 м2

Список литературы

1. Соколов Р.С. Химическая технология в 2-х т.: Учебное пособие для вузов Т.2:Металлургические процессы. Переработкам химического топлива. Производство органических веществ и полимерных материалов. - М. «Владос», 2000 - 447 с.

2. Химическая энциклопедия: в 5 т., Т.1 под ред. Кнукянц И.Л., М: Советская энциклопедия, 1988 - 623 с.

3. Тимофеев В.С., Серафимов Л.А. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза: Учеб. Пособие для вузов - 2-е изд., перераб. - М.: Высш. шк., 2003. - 536 с.

4. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического синтеза. - М. Химия, 1988, 582 с.

5. Юкельсон И.И. Технология основного органического синтеза. - М. Химия, 1968 - 848 с.

6. Паушкин Я.Н., Адельсон С.В., Вишнякова Т.П. Технология нефтехимического синтеза. В 2-х ч. Ч.1 Углеводородное сырьё и продукты его окисления. - М.: «Химия», 1973 - 352 с

7. Реферативный журнал «Химия», 1999 №9 Патент 5679870 США МПК6 С07С45/00 Tustin Gerald Charles, Depew Leslie Sharon; Eastman Chemical Co. -- № 619385; Заявл 21.3.96.; Опубл. 21.10.97; НПК 568/489

8. Реферативный журнал «Химия», 2000 №13 Патент 23981 Украина МПК6 С07С47/06 Осiйський Едуард Йосипович, Гомонал Василь Iванович: Ужгород, держ. цн-т – № 961124485. Заявл. от 02.12.1996. Опубл. 31.08.1998 Бюл. №20

9. Реферативный журнал «Химия», 2003 №24. Превращение этиленгликоля до ацетальдегида – дегидратация или согласованный механизм. Ethyleneglycol to acetaldehyde – dehydration or a concered mechanism. Smith William B. (Department of Chemistry, Texas) Texas Christian University, Fort Worth, TX, 76129 USA Tetrahedron, 2002, 58 №11, с. 2091-2094

10.Реферативный журнал «Химия», 2003 №19 Селективное гидрирование уксусной кислоты в ацетальдегид на нанесённых на SBA-15 оксидах железа. Zhang Xue-Zheng, Yue Ying-Hong, Gao Zi Gaodeng xuexiao huahxun xuebao= Chem J. Chin. Univ. 2003 24, № 1, с 121-124