Получение акролеина газофазным окислением пропилена кислородом воздуха

Q1 Q4

Q5 Q3

Q3 Q5

Рис. 4.1 – Схема распределения тепловых потоков в реакторе

- тепло, пришедшее с газово-воздушной смесью

- тепло химических реакций

- тепло, отводимое в теплообменном аппарате

- тепло, уходящее с реакционной массой

- потери тепла в окружающую среду.

Теплота химической реакции может быть найдена следующим образом:

Где - энтальпия химической реакции в стандартных условиях при температуре синтеза.

Определим суммарное тепло химических реакций:

Определяем тепловой эффект реакции при 3800С по формуле Кирхгофа:

После подстановки и интегрирования:

Для первой реакции:

Для второй реакции:

Для третьей реакции:

Где – количество прореагировавшего пропилена в моль/ч.

Количество тепла, проходящего с газово-воздушной смесью, определяем по формуле:

Где - массовый расход смеси, кг/ч или кмоль/ч

- теплоемкость смеси, кДж/(кг · К) или кДж/(кмоль · К)

- температура смеси.

Изобарные теплоемкости веществ найдем по следующей формуле:

Теплоемкость смеси равна:

Так как теплоемкость смеси представляет собой удельную мольную теплоемкость, то расход необходимо перевести в мольный.

Для этого определим среднюю мольную массу смеси :

Тогда

Тепло, уходящее с реакционной смесью:

Определяем потери тепла в окружающую среду. Примем, что потери составили 5% от количества тепла, поступившего в реактор:

Таким образом, чтобы соблюдалось условие теплового баланса, необходимо отводить часть тепла из системы:

Таблица 4.1 – Энергетический баланс реактора синтеза акролеина

5 Расчет основных конструктивных размеров аппарата и выбор материала для его изготовления

Для обеспечения гидродинамического режим, близкого к идеальному вытеснению, надо использовать трубчатый реактор со стационарным слоем катализатора, находящимся в трубках и охлаждаемым через межтрубное пространство хладагентом. Трубы имеют диаметр 25 мм, что способствует отводу тепла и установлению более равномерной температуры по диаметру. Таким образом, для выбора реактора (аппарат кожухотрубного типа) необходимо найти объем реактора и поверхность теплообмена.

5.1 Определение объема катализатора (реактора)

Объем катализатора Vкат, необходимый для обеспечения заданной степени превращения, определяют по формуле:

где - коэффициент запаса, принимаемый для компенсации снижения активности катализатора из-за отравления и механических потерь. Принимаем

- расход газовой смеси, м3/с

- фиктивное время пребывания, с

Объемный расход пропилена:

Тогда объемный расход реакционной смеси:

0,019 – мольная доля пропилена в смеси:

 Скачать реферат