СА
11
9,2
8,5
7,7
7
6,3
5,6
5
4,5
3,7
3,2
2,6
2,3
2
1,7
ф·103
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
Таблица 4 - Зависимость средней концентрации компонента А от средней скорости реакции в дифференциальной кинетической кривой
Са с
10.1
8.85
8.1
7.35
6.65
5.95
5.3
4.75
4.1
3.45
2.9
2.45
2.15
1.85
Vr· 10-4
1.8
0.7
0.8
0.6
0.5
0.3
В данной работе был произведен расчет реактора идеального смешения с рубашечным теплообменником. Мы получили основные технологические параметры и геометрические размеры, такие как высота цилиндрической части аппарата равная 3,48 м, диаметр аппарата 3,48 м, диаметр мешалки 1,04 м и высота рубашки равная 3,48 м. Также была изображена схема реактора, построены: график дифференциальной кинетической кривой, график изменения температуры реакционной массы и хладагента вдоль поверхности рубашки и график изменения температуры реакционной массы и хладагента поперек стенки рубашки.
И все же основной целью являлся расчет реактора идеального смешения со змеевиковым погружным теплообменником. Из-за примерной схожести расчетных параметров рубашечного и змеевикового теплообменников, придется досчитать некоторые параметры, такие как длинна, внутренний диаметр и высота змеевика.
Длинна змеевика
L = F/рdср = 1,72/(3,14*0,0275) = 19,9 м.
dср = dв + д = 0.025 + 0.025 = 0.0275 м.
Внутренний диаметр змеевика в аппарате
Dв = 0.7*Da = 0.7 * 3.48 = 2.436 м.
Высота змеевика
hв = L/рDв = 19.9/(3.14*2.436) = 2.6 м.
Таким образом, основные параметры реактора идеального смешения с погружным змеевиковым теплообменником можно представить так
· высота цилиндрической части аппарата 3,48 м,
· диаметр аппарата 3,48 м,
· диаметр мешалки 1,04 м,
· длинна змеевика 19,9 м,
· внутренний диаметр змеевика в аппарате 2,44 м,
· высота змеевика 2,6 м.
4. Термодинамический анализ основной реакции
4.1 Исходные данные
Уравнение реакции: С2Н5ОН + О2 СН3СООН + Н2О
Температурный интервал 10 ч 60єC (283 ч 333 К)
Шаг изменения температуры 10єC
Таблица 5. Исходные данные
В-во
ni
,
кДж/моль
Дж/(моль*К)
А0
А1
А2
А3
А-2
СН3СООН
1
-431,8
282,4
-11,2
310,8
-244,7
78,4
0,42
Н2О
-241,8
188,7
30,2
6,7
6,5
-2,3
0,08
С2Н5ОН
-234,6
-20,9
327,1
-236,8
71,5
0,71
О2
205
20,5
26,7
-15,6
3,1
0,20
4.2. расчет термодинамических функций.
1) Расчет аналитической зависимости :
, = 19,4
, = -36,3
, = 14,2
, = 1,5
, = - 0,41
2) Расчет аналитической зависимости :
= - 439 (кДж/моль).
;
= - 439077,993 (Дж/моль);
= - 439026,14 (Дж/моль);
= - 438973,79 (Дж/моль);
= - 438921,22 (Дж/моль);
= - 438868,69 (Дж/моль);
= - 438816,4 (Дж/моль);
3) Расчет аналитической зависимости :
= - 16,3
= - 17,06;
= - 16,54;
= - 16,05 ;
= - 15,59 ;
= - 15,16 ;
= - 14,77 ;
4) Расчет зависимости :
, = - 434250,01 (Дж);
, = - 434180 (Дж);
, = - 434110,64 (Дж);
, = - 434041,55 (Дж);
, = - 433972,01 (Дж);
, = - 433897,99 (Дж);
5) Расчет зависимости :
< = > ,
= 184,56 KP (283) = 1,42*1080
= 178,24 KP (293) = 2,56*1077
= 172,33 KP (303) = 6,95*1074
= 166,79 KP (313) = 2,73*1072
= 161,60 KP (323) = 1,52*1070
= 156,72 KP (333) = 1,16*1068
6) Построение таблицы по результатам расчета:
Таблица 6. Результатам расчета
Т, К
, Дж/моль
, Дж/К
,Дж
lnKP
KP
283
- 439077,993
- 17,06
- 434250,01
184,56
1,42*1080
293
- 439026,14
- 16,54
- 434180
178,24
2,56*1077
303
- 438973,79
- 16,05
- 434110,64
172,33
6,95*1074
313
- 438921,22
- 15,59
- 434041,55
166,79
2,73*1072
323
- 438868,69
- 15,16
- 433972,01
161,60
1,52*1070
333
- 438816,4
- 14,77
- 433897,99
156,72
1,16*1068
7) Выводы сделанные на основании термодинамического расчета.
Реакция экзотермическая, так как значение энтальпии на всем отрезке температур отрицательно. Поэтому в соответствии с принципом Ле Шателье, повышение температуры сдвигает равновесие в сторону образования исходных веществ.
Так же, в соответствии с принципом Ле Шателье, изменение давления сдвигает равновесие реакции в сторону образования продуктов реакции.
Равновесие реакции можно сдвинуть, вправо применив избыток спирта (увеличив подачу кислорода), или же постоянно удалять один из продуктов реакции - воду или уксусную кислоту.
Так как тепловой эффект реакции значительный, то необходимо выбрать реактор с каким-либо охлаждением. Таким образом, можно выбрать реактор, используемый в последнем, рассмотренном, в литературном обзоре, методе получение уксусной кислоты - проточное культивирование. В данном методе используется реактор с внутренним теплообменном, т.е. реактор со встроенным змеевиковым теплообменником.
Так же нужно указать, что данный термодинамический расчет выполнен для реакции описывающей приблизительно процесс синтеза уксусной кислоты, так как сам микробиологический процесс на много сложнее и его описание представляет довольно большие трудности, связанные с большим количеством стадий проходящих биологических процессов. Отсюда можно сказать, что данный расчет не имеет особого практического интереса для данной работы.
5. Материальный баланс стадии синтеза
5.1 Исходные данные
Основная реакция:
СН3CH2ОН + О2 > СН3СООН + Н2О
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
