Контрольная работа: Окись этилена

Скачать

Заказать новую работу

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

1. Характерной особенностью каталитического окисления этилена в оксид этилена является высокая избирательность катализатора.

. Причина избирательности заключается в активации молекул реагентов на поверхности катализатор и образования активных промежуточных комплексов и веществ. Можно считать установленным, что на поверхности катализатора адсорбируются одновременно и кислород и этилен, причем кислород образует с катализатор супероксид серебра АgО2, то есть связь кисло-род -кислород сохраняется. Вероятным переходным активным компонентом является комплекс, объединяющий этилен и супероксид серебра, а первым промежуточным cоедине-нием перекись этилена. В целом окисление этилена идет по перекисному механизму, что согласуется перекисной теорией Баха-Энглера.

. Благодаря перекисному механизму при окислении этилена возможны параллельные
процессы образования оксида этилена, двуокиси углерода и воды в зависимости от хими-ческой природы катализатора, макрокинетических факторов, температуры, давления и так далее. Последовательное окисление этилена в оксид этилена, а затем окиси этилена в двуокись углеро-да и воду может протекать лишь при повышенных температурах.

. В настоящее время механизм окисления этилена нельзя считать полностью выяснен-ным. Не изучены многие элементарные акты и состав промежуточных веществ, не совсем ясен механизм торможения процесса образующимися продуктами. Это осложняет выведение общих законов и делает кинетические уравнения в значительной степени формальными.

. Первостепенное значение при каталитическом окислении этилена имеют макроскопические факторы, и особенно процессы теплопереноса, поскольку при чрезмерном разогреве катализатора может начаться горение, что резко сокращает выход оксида этилена и ухудшает свойства катализатора.

В промышленных условиях температура контактирования составляет 230-315 С. Степень конверсии этилена с ростом температуры повышается. При оптимальных условиях конверсия этилена составляет за проход 30-50%. Окисление этилена обычно проводится под давлением 8-20 атм, а иногда и под более высоким.

.5 Анализ промышленных технологий синтеза оксида этилена

Во всех промышленных технологических схемах производства оксида этилена принят процесс в неподвижном слое катализатора с рециркуляцией продуктов реакции. Технологические схемы получения оксида этилена каталитическим окислением этилена очень разнообразны. Они отличаются составом газа, поступающего на окисление, окисляющим агентом (воздух или кислород), направлением потока газа в реакторе (ввод сверху или снизу), способе съема тепла (циркулирующим или кипящим теплоносителем может быть кипящая вода), давлением при окислении и т.д.

Все технологические схемы производства оксида этилена каталитическим окислением этилена, осуществляемые в промышленности, протекают на неподвижном слое катализатора в трубчатых аппаратах

2. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ПРОЦЕССА

.1 Связь селективности с кинетикой

Свяжем селективность процесса с его кинетикой. Обозначим вещества, участвующие в реакциях буквами:

А - этилен,

Y - кислород,

B - оксид этилена,

С - диоксид углерода,

D - вода.

Тогда реакции, протекающие в системе можно записать в буквенном виде:

Концентрации веществ участников реакции:

;

;

 ;

,

где  - мольное соотношение исходных реагентов;

 - начальные концентрации компонентов А и Y, моль/л;

- текущие концентрации компонентов A, Y, B, C, D, моль/л;

- степень превращения компонента А;

- интегральная селективность целевого продукта В по ключевому реагенту А.

Определим дифференциальную селективность целевого продукта В по ключевому реагенту А:

 (2.1)

где , - скорость образования (расходования) компонентов А и В;

, - стехиометрические компоненты А и В;

r1, r2 - скорость прямой и побочной реакции;

k1, k2 - константы скорости прямой и побочной реакции;


Определим интегральную селективность целевого продукта В по ключевому реагенту А для различных типов реакторов.

 (2.2)

 (2.3)

;

Значит, интегральная селективность целевого продукта В по ключевому реагенту А не зависит от типа реактора.

Определим удельную производительность по целевому продукту В для всех типов реакторов:

= , (2.4)

где FA,0 - начальные мольный поток вещества А, моль/с;

FВ - мольный поток вещества В, моль/с;

mкат - масса гетерогенного катализатора, г.

 (2.5)

 (2.6)

, (2.7)

t- время реакции, с;

t0 - время непроизводительных затрат, с;

t= (2.8)

 (2.9)

 (2.10)

где

Определим скорость расходования ключевого реагента А.

Вычислим значение определенного интеграла:

Подставляя полученные значения в выражения для удельных производительностей, получим:

Подставляем полученные выражения в программу, изучаем результаты программы, а затем строим график зависимости интегральной селективности реактора от температуры, а также строим графики зависимости удельной производительности от конверсии и интегральной селективности от конверсии

Согласно литературным данным концентрационный предел взрываемости газов в смеси с воздухом при температуре окружающей среды 200С и 0,1013 МПа:

нижний 2,5;

верхний 34.

3. Программа на языке QBASIC

CLS

OPEN "c:\PROGRAMM.BAS" FOR OUTPUT AS #1= 8.31#1, "T,OC", "INT.SEL.PROC."TO = 210 TO 310 STEP 10= TO + 273.15= EXP(9.05 - 63800/ (R * Т))= EXP(13 - 83000 / (R * Т))= (Kl / (Kl + K2) * 100#1, TO, FOTOTO = 210 TO 230 STEP 10#1, "T="; TO; "ОС"= TO + 273.15= 28.5= 32

Pa = Ma * 273.15 * 100000 / (22.4 *T * 101325)

Py = My * 273.15 * 100000 / (22.4*T * 101325)b = .1 TO 0.5 STEP .001= 1 / (Ma / Pa + (b * My / Py) / .21)% = C * 22.4 * T / T0#1, "b="; b, "CAO="; CAO, "CAO%="; CAO%#1, "Xa,proc.", "GbRIV,mol/(g*s)", "GbRPS, mol/(g*s)", "tRIV, min", "tRPS, min"Xyl = .1 TO 85 STEP 21= Xyl / 100= CAO * b

= EXPO.05 - 63800 / (R * T))= EXP(13 - 83000 / (R * T))

К = Kl + K2

КО = Kl + .6 * K2= Kl / К= Xy * Су / (CAO * (.5 * F + 3 *(1 - F)))= Xa * 100

rl = Kl * CAO * (1 - Xa) / (1 + CAO * Xa * F + .6 * CAO * Xa * (1 - F))= K2 * CAO * (1 - Xa) / (1 + CAO * Xa * F + .6 * CAO * Xa * (1 - F))

rA = rl + r2= Kl * К * Xa / (LOG(1/(1 - Xa)) * (K / CAO + КО) - КО * Xa)#1, Xa, Xyl, GbRIV= Kl * К * (1 - Xa)/ (K + CA0 * Xa + K0)= CA0 * 1 / (K1 + K2)^ 2 * (LOG(1/(1 - Xa)) * (( K1 + K2 )/ CA0 + (K1 + .6 * K2 )- (K1 + .6 * K2) * Xa=( Xa*(( K1 + K2) + CA0 * Xa * (K1 + .6 * K2))) / (( K1 + K2 )^ 2* (1 - Xa))XylXyl = 85 TO 100 STEP 3,75= Xyl / 100= CAO * b= EXP(9.05 - 63800 / (R * T ))= EXP(13 - 83000 / (R * T ))

К = Kl + K2

КО = Kl + .6 * K2= Kl / К= Xy * CyO / (CAO * (.5*F+3* (1 - F)= Xa * 100= Kl * CAO * (1 - Xa) / (1 + CAO * Xa * F + .6 * CAO * Xa* (1 - F))= K2 * CAO *(1 - Xa) / (1 + CAO * Xa * F + .6 * CAO * Xa* (1 - F))= r1 + r2= Kl * К * Xa / (LOG(1/(1 - Xa)) * (K / CAO + КО) - КО * Xa)= Kl * К * (1 - Xa)/ (K + CA0 * Xa + K0)= CA0 * 1 / (K1 + K2)^ 2 * (LOG(1/(1 - Xa)) * (( K1 + K2 )/ CA0 + (K1 + .6 * K2 )- (K1 + .6 * K2) * Xa=( Xa*(( K1 + K2) + CA0 * Xa * (K1 + .6 * K2))) / (( K1 + K2 )^ 2* (1 - Xa))#1, Xal, Xyl, GbRIV, GbRPC, tRIV, tRPCXylbTO #1

END

4. Результаты программы

T,0C INT.SEL.PROC.

210 69.67978

67.59289

65.52074

63.47205

61.45447

59.47458

57.53792

55.64904

53.81159

52.02832

50.30124

T= 210 0C

b= .35 CA0= 9.340839E-03 CA0%= 37.0177

_____________________________________________________________

| Xa | Xy | GbRIV,mol/(g*s) | Gbrps,mol/(g*s) | tRIV,c | tRPS,c |

======================================================

| 0.027822 | 0.10 | 0.9989E-05 | 0.5312E-05 | 0.4528E+00 | 0.1813E+00

| 5.870403 | 21.10 | 0.9692E-05 | 0.4206E-05 | 0.4672E+01 | 0.4065E+02

| 11.712984 | 42.10 | 0.9389E-05 | 0.3404E-05 | 0.4775E+01 | 0.8651E+02

| 17.555567 | 63.10 | 0.9079E-05 | 0.2795E-05 | 0.4866E+01 | 0.1389E+03

| 23.398146 | 84.10 | 0.8761E-05 | 0.2317E-05 | 0.5047E+01 | 0.1994E+03

| 23.648544 | 85.00 | 0.8747E-05 | 0.7613E-05 | 0.5269E+01 | 0.1179E+03

| 24.691862 | 88.75 | 0.8690E-05 | 0.7509E-05 | 0.5459E+01 | 0.1214E+03

| 25.735182 | 92.50 | 0.8632E-05 | 0.7404E-05 | 0.5550E+01 | 0.1248E+03

| 26.778498 | 96.25 | 0.8574E-05 | 0.7299E-05 | 0.5643E+01 | 0.1280E+03

| 27.821815 | 100.00| 0.8515E-05 | 0.7195E-05 | 0.5837E+01 | 0.1311E+03

b= .36 CA0= 9.176964E-03 CA0%= 36.3683

_____________________________________________________________

| Xa | Xy | GbRIV,mol/(g*s) | Gbrps,mol/(g*s) | tRIV,c | tRPS,c |

+=====================================================

| 0.028617 | 0.10 | 0.9814E-05 | 0.5218E-05 | 0.4980E+00 | 0.1865E+00

| 6.038129 | 21.10 | 0.9514E-05 | 0.4118E-05 | 0.5188E+02 | 0.4189E+02

| 12.047640 | 42.10 | 0.9207E-05 | 0.3322E-05 | 0.5223E+02 | 0.8933E+02

| 18.057152 | 63.10 | 0.8893E-05 | 0.2719E-05 | 0.5306E+03 | 0.1438E+03

| 24.066664 | 84.10 | 0.8571E-05 | 0.2247E-05 | 0.5405E+03 | 0.2069E+03

| 24.324217 | 85.00 | 0.8557E-05 | 0.7413E-05 | 0.5527E+03 | 0.1202E+03

| 26.470470 | 92.50 | 0.8440E-05 | 0.7202E-05 | 0.5815E+03 | 0.1271E+03

| 27.543598 | 96.25 | 0.8381E-05 | 0.7096E-05 | 0.5911E+03 | 0.1303E+03

| 28.616726 | 100.00| 0.8322E-05 | 0.6990E-05 | 0.6009E+03 | 0.1334E+03

b= .37 CA0= 9.018741E-03 CA0%= 35.7413

_____________________________________________________________

| Xa | Xy | GbRIV,mol/(g*s) | Gbrps,mol/(g*s) | tRIV,c | tRPS,c |

+=====================================================

| 0.029412 | 0.10 | 0.9645E-05 | 0.5128E-05 | 0.5032E+00 | 0.1917E+00

| 6.205855 | 21.10 | 0.9341E-05 | 0.4033E-05 | 0.5105E+02 | 0.4313E+02

| 12.382298 | 42.10 | 0.9031E-05 | 0.3243E-05 | 0.5271E+02 | 0.9216E+02

| 18.558741 | 63.10 | 0.8714E-05 | 0.2646E-05 | 0.5346E+03 | 0.1487E+03

| 24.735184 | 84.10 | 0.8388E-05 | 0.2179E-05 | 0.5562E+03 | 0.2145E+03

| 24.999889 | 85.00 | 0.8374E-05 | 0.7220E-05 | 0.5685E+03 | 0.1224E+03

| 26.102825 | 88.75 | 0.8315E-05 | 0.7114E-05 | 0.5882E+03 | 0.1259E+03

| 27.205763 | 92.50 | 0.8255E-05 | 0.7007E-05 | 0.5981E+03 | 0.1293E+03

| 28.308699 | 96.25 | 0.8195E-05 | 0.6900E-05 | 0.6080E+03 | 0.1325E+03

| 29.411634 | 100.00| 0.8135E-05 | 0.6793E-05 | 0.6182E+03 | 0.1356E+03

b= .38 CA0= 8.865881E-03 CA0%= 35.1355

_____________________________________________________________

| Xa | Xy | GbRIV,mol/(g*s) | Gbrps,mol/(g*s) | tRIV,c | tRPS,c |

======================================================

| 0.030207 | 0.10 | 0.9481E-05 | 0.5041E-05 | 0.5084E+00 | 0.1968E+00

| 6.373580 | 21.10 | 0.9175E-05 | 0.3951E-05 | 0.5122E+01 | 0.4437E+02

| 12.716953 | 42.10 | 0.8862E-05 | 0.3167E-05 | 0.5221E+01 | 0.9501E+02

| 19.060329 | 63.10 | 0.8541E-05 | 0.2576E-05 | 0.5386E+01 | 0.1536E+03

| 25.403702 | 84.10 | 0.8211E-05 | 0.2114E-05 | 0.5420E+01 | 0.2223E+03

| 25.675562 | 85.00 | 0.8197E-05 | 0.7034E-05 | 0.5644E+01 | 0.1246E+03

| 26.808306 | 88.75 | 0.8137E-05 | 0.6926E-05 | 0.5745E+01 | 0.1281E+03

| 27.941051 | 92.50 | 0.8076E-05 | 0.6818E-05 | 0.5947E+01 | 0.1315E+03

| 29.073795 | 96.25 | 0.8016E-05 | 0.6710E-05 | 0.6150E+01 | 0.1346E+03

| 30.206543 | 100.00| 0.7955E-05 | 0.6603E-05 | 0.6283E+01 | 0.1377E+03= .39 CA0= 8.718116E-03 CA0%= 34.5499

_____________________________________________________________

| Xa | Xy | GbRIV,mol/(g*s) | Gbrps,mol/(g*s) | tRIV,c | tRPS,c |

======================================================

| 0.031001 | 0.10 | 0.9323E-05 | 0.4957E-05 | 0.4935E+00 | 0.2020E+00

| 6.541306 | 21.10 | 0.9014E-05 | 0.3873E-05 | 0.5239E+01 | 0.4562E+02

| 13.051610 | 42.10 | 0.8697E-05 | 0.3094E-05 | 0.5372E+01 | 0.9789E+02

| 19.561914 | 63.10 | 0.8373E-05 | 0.2509E-05 | 0.5427E+01 | 0.1587E+03

| 26.072220 | 84.10 | 0.8039E-05 | 0.2052E-05 | 0.5679E+01 | 0.2302E+03

| 26.351234 | 85.00 | 0.8025E-05 | 0.6854E-05 | 0.5804E+01 | 0.1267E+03

| 27.513786 | 88.75 | 0.7964E-05 | 0.6745E-05 | 0.5908E+01 | 0.1302E+03

| 28.676342 | 92.50 | 0.7903E-05 | 0.6636E-05 | 0.6114E+01 | 0.1335E+03

| 29.838896 | 96.25 | 0.7842E-05 | 0.6527E-05 | 0.6281E+01 | 0.1367E+03

| 31.001451 | 100.00| 0.7780E-05 | 0.6419E-05 | 0.6330E+01 | 0.1397E+03= .3999999 CA0= 8.575196E-03 CA0%= 33.9835

_____________________________________________________________

| Xa | Xy | GbRIV,mol/(g*s) | Gbrps,mol/(g*s) | tRIV,c | tRPS,c |

======================================================

| 0.031796 | 0.10 | 0.9170E-05 | 0.4876E-05 | 0.5387E+00 | 0.2072E+00

| 6.709032 | 21.10 | 0.8858E-05 | 0.3797E-05 | 0.5556E+02 | 0.4687E+02

| 13.386266 | 42.10 | 0.8539E-05 | 0.3024E-05 | 0.5724E+02 | 0.1008E+03

| 20.063501 | 63.10 | 0.8211E-05 | 0.2444E-05 | 0.5868E+03 | 0.1638E+03

| 26.740736 | 84.10 | 0.7874E-05 | 0.1992E-05 | 0.5938E+03 | 0.2383E+03

| 27.026903 | 85.00 | 0.7859E-05 | 0.6679E-05 | 0.6164E+03 | 0.1287E+03

| 28.219267 | 88.75 | 0.7798E-05 | 0.6570E-05 | 0.6272E+03 | 0.1322E+03

| 29.411633 | 92.50 | 0.7736E-05 | 0.6460E-05 | 0.6381E+03 | 0.1356E+03

| 30.603992 | 96.25 | 0.7674E-05 | 0.6350E-05 | 0.6493E+03 | 0.1387E+03

| 31.796356 | 100.00| 0.7611E-05 | 0.6241E-05 | 0.6506E+03 | 0.1416E+03= .4099999 CA0= 8.436887E-03 CA0%= 33.4354 o

_____________________________________________________________

| Xa | Xy | GbRIV,mol/(g*s) | Gbrps,mol/(g*s) | tRIV,c | tRPS,c |

+=====================================================

| 0.032591 | 0.10 | 0.9022E-05 | 0.4797E-05 | 0.5539E+00 | 0.2124E+00

| 6.876758 | 21.10 | 0.8708E-05 | 0.3724E-05 | 0.5674E+02 | 0.4813E+02

| 13.720922 | 42.10 | 0.8385E-05 | 0.2957E-05 | 0.5776E+02 | 0.1037E+03

| 20.565088 | 63.10 | 0.8054E-05 | 0.2382E-05 | 0.5809E+03 | 0.1689E+03

| 27.409252 | 84.10 | 0.7713E-05 | 0.1935E-05 | 0.6098E+03 | 0.2465E+03

| 27.702576 | 85.00 | 0.7698E-05 | 0.6511E-05 | 0.6125E+03 | 0.1307E+03

| 28.924747 | 88.75 | 0.7636E-05 | 0.6400E-05 | 0.6236E+03 | 0.1342E+03

| 30.146921 | 92.50 | 0.7573E-05 | 0.6289E-05 | 0.6349E+03 | 0.1375E+03

| 31.369093 | 96.25 | 0.7511E-05 | 0.6179E-05 | 0.6565E+03 | 0.1406E+03

| 32.591267 | 100.00| 0.7447E-05 | 0.6068E-05 | 0.6682E+03 | 0.1435E+03

Оптимальные условия процесса для РИВ:

Температура Tопт = 2100С=483К

Коэффициент избытка кислорода ????=0,35

Интегральная селективность этилена в целевой продукт

Степень превращения кислорода Xy = 100%

Источник: https://www.bibliofond.ru/detail.aspx?id=822161

Смотрите также:

«Характеристика объектов коммерческой деятельности в торговле»
[ТЕСТЫ] по гистологии IMK №2
# Вопрос Ответ
05_линейная регрессия
10 - Хранилища данных
1222
1253
1310
1352