Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет)
Кафедра Экономики и логистики Факультет Экономики и менеджмента
Курс 2
Группа 6707-2
Учебная дисциплина Основы промышленной технологии и экология
Курсовая работа
Студент Румянцева В.В.
Руководитель, Александрова Ю.В.
должность
Оценка
за работу ________
Санкт-Петербург
2012
Содержание
1.Материальный баланс 2
Применение материального баланса 2
2.Равновесие 9
3.Кинетика 14
4.Реактора 20
1.Материальный баланс
Материальный баланс – вещественное выражение закона сохранения массы вещества, согласно которому извлечённый объём равен сумме изменения первоначального и привнесённого объёмов. Применительно к материальному балансу любого технологического процесса это означает, что масса веществ, поступивших на технологическую операцию – приход, равна массе полученных веществ – расходу. Материальный баланс составляют по уравнению основной суммарной реакции с учетом параллельных и побочных реакций.
Применение материального баланса
подсчёт балансовых запасов нефти и газа,
расчёт размеров газовой шапки,
диагностика и расчёт притока воды,
расчёт параметров (характеристик) притока воды,
подтверждение механизма добычи (нефтеотдачи),
расчёт зависимости закачки/извлечения нефти.
Материальный баланс непрерывно действующих проточных реакторов составляется для установившегося (стационарного) режима, при котором общая масса веществ, поступивших в аппарат за данный период времени, равна массе веществ, вышедших из аппарата. Количество же всех веществ в аппарате постоянно, т. е. накопления или убыли суммарного количества веществ не происходит.
Материальный баланс считается решенным, когда найдены все: мольные Ni (кмоль/час), объемные Vi (м3 /час), массовые Mi (кг/час) потоки компонентов, а также их мольные доли Zi на входе и на выходе из системы. При этом суммарный массовый поток на входе в систему (М01 ) должен быть равен суммарному массовому потоку а выходе из неё (М02),(по закону сохранения массы М01=М02), а сумма мольных долей равна 1.
Ряд фундаментальных понятий.
Количество вещества определяется совокупностью структурных элементов (атомов молекул, ионов и т.п). Количество вещества измеряют в молях. Молем называют такое количество вещества, в котором содержится столько же структурных элементов (или их групп), сколько в 12 граммах изотопа углерода С12. Это число называют постоянной Авогадро. Постоянная Авогадро равна приблизительно 6,02252*1023 киломоль-1 ( или 6,02252*1026 киломоль-1) структурных элементов.
Молярной массой называют отношение массы вещества к количеству вещества. Иначе говоря, молярная масса – это масса одного киломоля.
Молярный объем – это отношение объема вещества к количеству вещества. Иначе говоря, молярный объем – это объем одного киломоля газообразного вещества, взятый при нормальных условиях.
Потоки смеси обозначим как N01 и N02 (кмоль/с) . Индекс «ноль» указывает на то, что речь идет о потоке смеси, а цифра указывает на номер смеси.
Стационарным режимом работы реактора называют режим, при котором все параметры процесса во времени не изменяются.
Условие стационарности заключается в том, что алгебраическая сумма скоростей подвода и отвода каждого из веществ равна нулю. Количество уравнений в системе равно количеству веществ, принятых в расчет, в том числе и инертных.
Массовый поток смеси – это сумма массовых потоков компонентов. По формуле (1) выражаем через парциальные мольные потоки :
(1)
Концентрации веществ в газовых смесях удобно измерять в мольных долях.
Мольная доля вещества это отношение мольного потока вещества к мольному потоку смеси. Например, мольная доля вещества А в исходной газовой смеси ZA1 по формуле (2) представляет собой отношение количества киломолей вещества A NA1 к количеству киломолей смеси N01.
Интенсивность это отношение производительности к объему реактора.
Расходный коэффициент показывает, сколько тонн исходного вещества требуется для производства одной тонны продукта.
Стехиометрический показатель (функционал). Функционалом называют математическое выражение, указывающее соотношение между реагирующими веществами в виде некоторого соотношения.
Ключевое вещество - это одно из исходных веществ, которое находиться в недостатке от стехиометрии.
Степень превращения (конверсии) исходного вещества – это отношение количества вещества (объема, массы), вступившего в химическое взаимодействие (по всем реакциям), к количеству этого же вещества на входе в реактор.
По формуле (3) селективность (S) – это отношение количества образовавшегося целевого продукта к количеству превращенного сырья с учетом стехиометрических соотношений. Обычно этот показатель применяют для двух или нескольких параллельных реакций.
Масса продукта, образовавшегося в химической реакции, называется её выходом. Выход продукта, вычисленный на основе химического уравнения, называется теоретическим выходом.
Действительный выход, полученный в эксперименте или промышленном процессе, называется фактическим выходом. Когда фактический выход оказывается равным теоретическому, говорят, что реакция имеет количественный выход. Химическую реакцию, протекающую с количественным выходом, называют стехиометрическим процессом.
Однако органические химические реакции обычно не имеют количественного выхода. В таких случаях приходиться вычислять относительный выход. Он является безразмерным, т.к. числитель и знаменатель относятся к одному и тому же веществу, количество которого взято в одних и тех же единицах. По формуле (4) относительный выход определяется следующим соотношением:
В том случае, если выход выражен в относительных единицах, например, в процентах, из самого выбора единиц ясно, что речь идет об относительном выходе.
Выход (относительный) конечного продукта есть отношение фактического количества продукта к теоретически возможному количеству в расчете на поданное сырье.
Задача 1.
Рассчитать материальный баланс реактора синтеза метанола. Объемный расход конечной смеси 50000/час. В исходной смеси объемная доля водорода 0,72; остальное оксид углерода(2); метанол и метан. Концентрации компонентов в конечной смеси (объемные доли): водород 0,70; оксид углерода(2) 0,16; метанол 0,05; остальное метан
С
2 28 32 16
Решение:
Задача 2.
Рассчитать материальный баланс реактора синтеза метанола. Производительность 1500метанола. Концентрации компонентов в исходной смеси: водород 0,60; оксид углерода(2) 0,12; метанол 0,01; остальное метан. В конечной смеси объемная доля метанола составляет 0,03.
Решение: