Побочных продуктов с учётом степени превращения образуется:

Таблица 1. Материальный баланс.

4.2 Тепловые расчёты и составление теплового баланса процесса

Тепловой баланс процесса рассчитываем на основании уравнения:

где G – количество вещества, с – средняя теплоемкость этого вещества, t – температура, отсчитанная от какой-либо точки (обычно от 00С).

Рассчитываем количество теплоты, вносимое водой:

Рассчитывает количество теплоты, вносимое этиленовой фракцией:

Теплоёмкость этиленовой фракции рассчитываем по уравнению:

Определим количество теплоты, уносимое этаном: t=2200С

Q (С2H6) = 2775,2081 ּ (5,75 + 175,11 ּ 10-3 ּ 493 - 57,85 ּ 10-6 ּ 4932) ּ (320-220) =17321,48253 кДж/час

Определим количества теплоты, уносимо этанолом:

Q (C2H5OH) = G ּ с ּ t, t=2200С

G (C2H5OH) = 16000 кг/час

с= (19,07 + 212,7 ּ 10-3 ּ 493 – 108,6 ּ 10-6 ּ 4932) = 97,536 Дж/мольּК

Q (C2H5OH) = G ּ с ּ t = 12000 ּ 97,536 ּ (300-220) = 93634,53946 кДж/час

Количество теплоты, уносимое из реактора с помощью холодильников:

Qп =Q (H2O) + Q (эт.фр.) – Q (C2H6)-Q (C2H5OH)=77805,68913+ 106606,1794-

-17321,48253- 93634,53946=73455,84654 кДж/час

Расход воды в холодильниках:

с (Н2О) = 33,61 Дж/моль ּ К

G(воды в холодильниках) = Qп/(с(воды) ּ (tкон – tнач)) = 73455,84654 ּ 1000/33,61 ּ (300-220) = =27319,19315 кг/час

Таблица 2. Тепловой баланс

4.3 Термодинамический расчёт

CH2 = CH2(г) + H2O(пар) < = >C2H5OH(г) T=493K

Зависимость удельной изобарной теплоёмкости от температуры выражается уравнениями:

– для органических веществ

– для неорганических веществ

Изменение удельной изобарной теплоёмкости считается по уравнению:

Изменение удельной изобарной теплоёмкости для данной реакции:

Δа=19,07-4,196=14,874

Δb=(212,7-154,59) ּ 10-3=58,11 ּ 10-3

Δc=(-108,6+81,09) ּ10-6=-27,51 ּ10-6

Энтальпия реакции при данной температуре рассчитывается по формуле:

=

= - 45,74 кДж/моль

= - 45,74 кДж/моль + ∫((14,874+58,11 ּ 10-3Т - 27,51 ּ10-6Т2) –

- (30,00+10,71 ּ 10-3Т + 0,33 ּ 105Т-2))dT Дж/моль = - 45,74 кДж/моль +14,874 ּ (493- -298) + 0,5 ּ 58,11 ּ 10-3 ּ (4932-2982) - 0,33 ּ 27,51 ּ10-6(4933-2983) – (30 ּ (493-298) + 0,5 ּ 10,71 ּ 10-3(4932-2982) – 0,33 ּ 105(493-1-298-1)= -45,74 кДж/моль + 1,785 кДж/моль= - 43,955 кДж/моль

Энтропию реакции при 493 К рассчитаем по уравнению:

-126,14 + ((14,874 ּ Т-1 +58,11 ּ 10-3 - 27,51 ּ10-6Т) – (30 ּТ-1 + 10,71 ּ 10-3 + +0,33 ּ 105Т-3)dT = - 126,14 + 14,874ln(493-298) +58,11 ּ 10-3(493-298) – 0.5 ּ 27,51 ּ10-6 (4932-2982) – 30 ּ ln(493-298) - 10,71 ּ 10-3(4932-2982) – 0.5 ּ 0,33 ּ 105(493-2-298-2) =

=-198,66 Дж/моль ּ К

Энергия Гиббса для реакции при 493 К вычисляется по уравнению:

Так как реакция является обратимой, найдём значение константы равновесия:

5 Отходы и их обезвреживание

Процесс производства синтетического этилового спирта методом прямой гидратации этилена связан с применением и образованием токсичных, взрывоопасных и пожароопасных веществ.

Для уменьшения и предотвращения вредных выбросов в атмосферу газов, содержащих токсичные углеводороды,(этилен, диэтиловый эфир, ацетальдегид и др.) имеются следующие возможности:

· строгое соблюдение технологического режима (при этом снижается количество выбросов через предохранительные клапаны и воздушники, уменьшаются частота остановок и связанное с ними сбрасывание газов);

· монтаж и эксплуатация оборудования в соответствии с правилами (это предупреждает газовые выбросы через неплотности).