Задание 2.

Решение: Схема реакции представлена на рис.1:

Рис.1. Дегидрирование н-бутана.

Схема реактора представлена на рис.2.

Рис.2. Схема теплового баланса реактора.

Тепло, входящее в реактор, определяется по формуле:

, (1) здесь:

,

,

- определено для Т = 800К из логарифмического полиномиального уравнения, полученного по табличным данным;

определено для Твх из логарифмического полиномиального уравнения для Ср н-пентана с помощью функции "Поиск решения" программы "Microsoft Excel";

- для 1000К определено по табличным данным;

- определено для Твх из полиномиального уравнения для Ср воды с помощью функции "Поиск решения" программы "Microsoft Excel";

, ,

С помощью функции "Поиск решения" программы "Microsoft Excel" методом наименьших квадратов определено значение Твх = 966К.

Энтальпия реакции при данной Твх:

Теплота реакции определяется величиной энтальпии реакции, массового расхода реагента, степенью конверсии реагента.

Рассмотрим, когда степень конверсии .

,

Согласно уравнению теплового баланса:

.

Здесь: ,

- определено для Твых из логарифмического полиномиального уравнения с помощью функции "Поиск решения" программы "Microsoft Excel";

,

- определено для Твых из логарифмического полиномиального уравнения для Ср н-бутана с помощью функции "Поиск решения" программы "Microsoft Excel";

,

- определено для Твых из логарифмического полиномиального уравнения для Ср бутена с помощью функции "Поиск решения" программы "Microsoft Excel";

- определено для Твых из логарифмического полиномиального уравнения с помощью функции "Поиск решения" программы "Microsoft Excel";

,

С помощью функции "Поиск решения" программы "Microsoft Excel" методом наименьших квадратов определено значение Твых = 931К.

Аналогично определяем значения Твых для различных значений степени конверсии. Полученные значения представлены в таблице 3.

Таблица 3

Графическая зависимость перепада температур на входе и выходе от степени конверсии представлена на рисунке 3.

Рис.3. Зависимость адиабатического перепада температур от степени конверсии.

Выводы

Как видно, характерной особенностью процесса является линейное увеличение адиабатического перепада температур в зоне реактора при увеличении степени конверсии исходного вещества. Это обуславливает некоторые технологические особенности промышленного процесса дегидрирования н-бутана.

Реактор процесса дегидрирования представляет собой колонну, снабженную провальными тарелками. Реакционная смесь подается вниз колонны и пары поднимаются через тарелки, проходя слой катализатора. При этом, как ясно видно из результатов расчетов, реакционная смесь охлаждается, и процесс дегидрирования замедляется. Во избежание подобного вверх колонны подается подогретый катализатор, регенерированный в регенераторе. Более горячий катализатор контактирует с частично прореагировавшей смесью, и наоборот, чем достигается выравнивание скоростей реакции по всему объему. На регенерацию закоксованный катализатор поступает, стекая по десорберу, где его отдувают от углеводородов азотом.

Таким образом, за счет дополнительного подогрева регенерированного катализатора и подачи его вверх колонны реактора достигается выравнивание температуры процесса.

Задание №3

Вариант 24

Выполнить полный теоретический анализ процесса получения изопрена разложением 4,4-диметилоксана-1,3.

Термодинамический анализ

1. Определим энтальпию и энтропию рассматриваемых соединений. Для этого используем метод Бенсона по атомам с их первым окружением.

Изопрен

Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для и , вводим набор поправок:

Поправки на гош-взаимодействие отсутствуют.

Поправка на симметрию:

,

Таблица 1