Основы химической технологии

Введение

 

В данной семестровой работе проводится расчет реакции получения циклогексанола из фенола путем гидрирования последнего. Процесс осуществляется в паровой фазе при температуре 130-150 0С

Циклогексанол представляет собой маслянистую, бесцветную жидкость. Применяется как полупродукт при производстве адипиновой кислоты и циклогексанона. Также является растворителем масел, восков, полимеров, красителей; стабилизаторов эмульсий, смазочных масел, кремов; добавка при азеотропном обезвоживании гидразина. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Материальный баланс

Основная реакция:

                                                                          (1)

       А1          В1               С                                                                   

Побочная реакция:

                                                                     (2)

       A2           B2                       F          E1

                                                                     (3)

       A3           B3                  D              E2   

     

Таблица 1- Данные материального баланса.

П т/г		f, %	Мольное cоотнош. A:B	%	Селектив- ность Ф, %		Состав А % масс.		Состав B % масс.
					(1)	(2)		О-крезол
5500	340	98	1:4	94	94	4	98	2	98,5	1,5

 

Решение:

1. Стехиометрические коэффициенты :

;                      ;                     ;

;                     ;                   ;        ;

;                    ;                  ;        ;

2. Молярные массы (кмоль/кг):

 

     

3. Переведем годовую производительность в единицы мольного потока:

 

.

 

Приход:

 

1. Количество реагента А пошедшее на основную реакцию:

.

2. Количество реагента А необходимое с учетом заданной селективности:

.

3. Расход реагента А с учетом степени превращения:

.

4. Количество реагента А пошедшее на побочную реакцию :

.

5. Количество не прореагировавшего реагента А:

6. Количество реагента А пошедшее на побочную реакцию (2):

.

7. Количество фенола пошедшего на побочную реакцию (1):

8. Количество примесей с компонентом А:

9. Количество водорода пошедшего на реакцию:

10. Количество примесей поступающих с компонентом В:

 

Расход:

 

После  реакции смесь будет состоять из циклогексанола, гексана, метана, воды, непрореагировавших фенола и водорода, а также неизменных примесей.

1. Количество полученного циклогексанола составляет:

 

2. Количество образовавшегося гексана в (1) побочной реакции:

3. Количество воды образовавшейся в (1) побочной реакции:

4. Количество образовавшегося метана в побочной реакции (2):

5. Количество воды ,образовавшейся в побочной реакции (2):

6. Количество непрореагировавшего водорода будет равноразности между подаваемыми и израсходованными количествами:

 

1. Количество израсходованного реагента В в основной реакции:

 

              6.2 Количество израсходованного реагента В в побочной  реакции(1):

 
              6.3 Количество израсходованного реагента В в побочной  реакции(2):

6.4 Общее количество израсходованного  реагента В:

 
               6.5 Количество непрореагировавшего компонента В:

Полученные результаты сведем в таблицу 2

 

 

Таблица 2- Результаты расчета материальног баланса.

Приход
	моль/ч	%	кг/ч	%
	7,77	19,91	730,38	90,34
	31,08	76,65	62,16	7,68
	0,138	0,35	14,904	1,84
(прим)	0,0338	0,08	0,9464	0,11
итого	39,02	100	808,39	100
Расход
	моль/ч	%	кг/ч	%
	6,877	40,2	687,7	85,07
	0,41568	2,43	34,917	4,31
	0,103	0,603	1,648	0,2
	0,433	2,53	7,794	0,96
непрореаг.	0,46	2,69	43,24	5,34
непрореаг.	8,62	50,46	17,24	2,13
О-крезол (прим.)	0,138	0,35	14,904	1,84
(прим)	0,0338	0,08	0,9464	0,11
итого	17,08	100	808,39	100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Тепловой баланс.

Тепловые потери 2 % от

 

Таблица 3 - Термодинамические данные.

Вещество
		a
	-164,85	134,7	-	-	-
	0	32,8	-10,4	-0,15	10,1
	-294,6	-121,6	936,6	2,08	-658,9
	-129,1	-145,8	935,4	-2,36	-654,4
	-74,8	0	105,8	0,66	-38,:
	-241,8	30,2	6,7	0,08	6,5
	-128,6	-69,2	821,2	1,13	-732,1
(прим)	0	31,0	-12,4	0	24,7

 

         Запишем уравнение теплового баланса

Приход :

 

1. Количество теплоты приносимое исходными веществами 

,

где

 

2. Определим количество теплоты, которое подводится либо отводится за счет химической реакции:

Основная реакция:

Коэффициенты Δb, Δс и Δс’ рассчитываются аналогично.

/моль

 

Побочная реакция (1):

/моль

 

Побочная реакция (2):

/моль

 

Общий тепловой эффект составляет:

3. Для всех веществ данных реакций не происходит фазовых переходов в в заданном диапазоне температур, соответственно
4. Определим сумму

 

Расход.

1. Определим количество тепла покидающего реактор вместе с реакционный массой.

 

  Определим :

2. Определим количество тепла затрачиваемое на нагрев реагентов с T1 до T2

 

 

 

3. Определим потери теплоты:

4. Определим суммарную

5. Определим тепловую нагрузку на реактор:

Так как qF<0 соответственно запишем qF в расход (теплота отводится)

Полученные данные сведем в таблицу 4

 

Таблица 4 – Результаты расчета теплового баланса реактора

Приход			Расход
Тепловые потоки		%	Тепловые потоки		%
	768795	44,85		638972,35	37,28
	945111,54	55,15		68303,84	3,98
	0	0		34278,1	2
				1074933,8	62,71
Итого	1713906,1	100	Итого	1565954,00	100