Geum.ru

Конверсия угарного газа с паром

Курсовой проект - Химия

Другие курсовые по предмету Химия

этому преимущества конверсии окиси углерода с водяным паром в кипящем слое до настоящего времени не реализованы из-за отсутствия достаточно активных и износоустойчивых при истирании катализаторов.

Износоустойчивые катализаторы целесообразно готовить методом нанесения активной массы на носитель. В этом случае снижается расход дорогостоящего и дефицитного сырья, улучшаются такие важные характеристики катализатора, как термостойкость, стабильность, пористая структура. Механическая прочность и износоустойчивость катализатора определяется механической прочностью и формой носителя.

В данной работе расчеты будут производиться с железохромовым (высокотемпературным) катализатором.

 

1. Расчеты, построение графиков

 

1.1 Построение кинетических кривых

 

Процесс конверсии угарного газа с паром протекает по следующему уравнению реакции:

 

CO+H2O=H2 + CO2

 

Скорость конверсии описывается следующим уравнением:

 

 

Где U - скорость реакции

kc - константа скорости реакции

Kp - константа равновесия химической реакции

PCO, PH2O, PH2, PCO2 - парциальные давления угарного газа, паров воды, водорода и углекислого газа, соответственно.

Параметры уравнения скорости, в свою очередь, рассчитываются для железохромового катализатора по следующим соотношениям:

 

lg kc =

lg A =

 

где T - температура, К.

Константу равновесия Kp и тепловой эффект Q(T) можно рассчитать по уравнениям:

Kp=

Q(T)=

 

Рекомендуемая температура смеси на входе в реактор 600-800 К, давление 10 атм.

  1. Введем стехиометрические коэффициенты в соответствии с уравнением реакции. Рассчитаем изменение числа киломолей в ходе реакции.
  2. Определяем функции для константы равновесия Kp, константы скорости реакции kc, безразмерной величины А. При этом для каждой функции выполняем проверку.
  3. Подключаем модуль с определениями всех основных функций.
  4. Определяем функции для расчета прямой и наблюдаемой скоростей реакции. Определяем частные вспомогательные функции u1(T,P) , u2(T,P), u(T,P) из общих функций, приняв степень превращения равной 0,3.
  5. Символьно рассчитать равновесную температуру не удается. Рассчитываем равновесную температуру с помощью функции root, т. е. численным способом.
  6. Строим плоский график Х-Y график зависимости скорости реакции от температуры. Чтобы придать осям опрятный вид, наибольшие пределы по осям пастеризуем (огрубим) на один-два разряда числа. Верхний предел по ординате запишем как

 

 

  1. Символьно рассчитываем равновесное давление. В плоский график зависимости скорости реакции от давления вводим равновесное давление Рр в слот на абсциссе. Рассчитываем равновесное давление численным способом, сравниваем два результата. На графике он также отобразится в качестве красного пунктирного перпендикуляра, проходящего через точку химического равновесия.
  2. Символьно рассчитываем равновесную степень превращения. Получаем вектор двух корней. Выбираем тот из них, который соответствует минимальному значению равновесной степени превращения. Степень превращения равная 2,5 быть не может, выбираем степень превращения, равную 1. В плоский график зависимости скорости реакции от степени превращения вводим равновесное степень превращения хр в слот на абсциссе. Рассчитываем равновесную степень превращения численным способом, сравниваем два результата.

Вывод

Т.к. процесс практически необратим при температурах ниже 1300С, поэтому скорость обратной реакции можно принять равной нулю. В связи с этим становится понятно, почему кривая скорости прямой реакции и кривая наблюдаемой скорости совпадают на графиках зависимости скорости реакции от температуры, давления, степени превращения. Реакция синтеза фосгена идет с уменьшением объема.

 

1.2 Равновесие в процессе синтеза фосгена. Расчет конечной степени превращения при заданном объеме реактора

 

Построим на одном графике три кривые - равновесную степень превращения и 2 конечные степени превращения в реакторе полного смешения с разными временами пребывания от температуры.

Порядок действий при расчете конечной степени превращения реакции синтеза фосгена.

  1. Введем стехиометрические коэффициенты в соответствии с уравнением реакции. Рассчитаем изменение числа киломолей в ходе реакции.
  2. Глобально определим мольные доли веществ в исходной смеси.
  3. Определяем функции для константы равновесия kp, константы скорости реакции kc, безразмерной величины А.
  4. Подключаем модуль с определениями всех основных функций.
  5. Определяем функции для расчета прямой и наблюдаемой скоростей реакции.

 

 

  1. Для расчета равновесной степени превращения определим функцию: . Внутри скобок функции root через запятую запишем сначала исследуемую функцию скорости, а затем введем аргумент х, меняя который нужно найти такое значение аргумента хр, при котором функция обращается в ноль.
  2. Построим зависимость степени превращения от температуры. В рабочую область вставим шаблон плоского X-Y графика. В слот на абсциссе вставим технический аргумент Тm, в слоты вставим на оси минимальное и максимальное значение температуры. Добавим на ординату через запятую выражения Xp(Tm,0.1), Xp(Tm,1), Xp(Tm