Рисунок - График зависимости изменения энтропии от температуры.


Рисунок - График зависимости изменения свободной энергии Гиббса от температуры.


Рисунок - График зависимости изменения lnK^о от температуры.
На основании проведенного термодинамического анализа можно сделать следующие выводы:

1. В исследуемом интервале температур изменение энтальпии реакции , следовательно, реакция является экзотермической (проходит с выделением тепла). Тепловой эффект реакции с увеличением температуры увеличивается .

2. Изменение энергии Гиббса в интервале температур от 298 до 403 К имеет отрицательное значение ( ), то есть реакция самопроизвольно протекает в прямом направлении.

3. Согласно уравнению изобары Вант-Гоффа в случае экзотермической реакции температурный коэффициент константы равновесия , и с ростом температуры константа равновесия уменьшается, что соответствует рассчитанным значениям. Высокие значения константы равновесия также говорят о смещении равновесия реакции в сторону образования продуктов.
2.2 Расчёт материального баланса

Для расчёта и составления материального баланса воспользуемся рецептурой для получения сополимера МС-40 (табл. ).

Таблица - Рецептура для получения сополимера МС-40 [].

Компоненты	Массовые части	Массовые %
Стирол	40	17,51
Метилметакрилат	60	26,25
Вода	125	54,70
Пероксид бензоила	1	0,44
Поливиниловый спирт	2,5	1,10
∑	228,5	100

Данные для расчета материального баланса:

Годовая производительность П – 1500 т/год;

Выход продукта f – 95 %;

---

Степень конверсии x_м.ф.– 97,5 %;

Число дней работы реактора в году n – 330 дней;

Длительность цикла – 900 минут.

Произведём расчёт материального баланса на один цикл, т.к. для получения сополимера МС-40 используют реактор периодического действия.

Количество циклов:



Переведём годовую производительность на кг/цикл:





C учётом технологического выхода:



Потери МС-40:





По рецептуре (таблица ) стирол составляет 40 массовых частей, метилметакрилат – 60 массовых частей, тогда расчёт расхода стирола и метилметакрилата:













Расчёт непрореагировавших стирола и метилметакрилата:













Расчёт расхода воды:







Расчёт расхода пероксида бензоила:

---

Расчёт расхода поливинилового спирта:





Сведём результаты вычислений в итоговую таблицу для составления материального баланса.

Таблица – Таблица материальных потоков.

Компонент	Массовый поток Gi, кг/цикл	%	Объёмный поток Vi, м3/цикл	%
Приход
Стирол	1226,84	17,51	1,35	18,60
ММА	1840,26	26,26	1,96	26,90
Вода	3833,88	54,70	3,83	52,68
ПБ	30,67	0,44	0,02	0,32
ПВС	76,68	1,10	0,06	0,81
∑	7008,33	100	7,22	100
Расход
МС-40	2840,90	40,53	2,49	37,63
МС-40 (потери)	149,52	2,13	0,13	1,98
Стирол (непр.)	30,67	0,44	0,03	0,51
ММА (непр.)	46,01	0,66	0,05	0,74
Вода	3833,88	54,70	3,83	57,90
ПБ	30,67	0,44	0,02	0,35
ПВС	76,68	1,10	0,06	0,89
∑	7008,33	100	6,61	100

В результате расчета материального баланса определили, что для получения сополимера МС-40 необходимо загрузить в ректор производительностью 1500 т/год и временем цикла 900 мин.:

---

- 1226,84 кг стирола,

- 1840,26 кг метилметакрилата,

- 3833,88 кг воды,

- 30,67 кг пероксида бензоила,

- 76,68 кг поливинилового спирта.

2.3 Расчёт теплового баланса

Составим таблицу с исходными данными для расчета теплового баланса. Значения берем из таблицы и справочной литературы [].

Вклад пероксида бензоила и поливинилового спирта в тепловой баланс процесса незначителен, поэтому при расчёте им можно пренебречь.

Таблица - Исходные данные для расчета теплового баланса.

Компонент	Мольный поток Y, моль/цикл	Теплоёмкость , Дж/моль∙К	Температура Т, К
Приход
Стирол	11780	182,59	323
ММА	18380	175,73	323
Вода	212760	33,56	323
Расход
МС-40	-	-	403
Стирол (непр.)	290	182,59	403
ММА (непр.)	460	175,73	403
Вода	212760	33,56	403

Так как для продукта реакции – сополимера МС-40 мы не можем корректно посчитать мольный поток, то для расчёта теплового баланса будем использовать удельную теплоёмкость и массовый поток.

Таблица - Исходные данные для сополимера МС-40 для расчета теплового баланса.

Компонент	Массовый поток G, кг/цикл	Теплоёмкость , Дж/кг∙К	Температура Т, К
МС-40	2840,90	1465	403

Тепловой баланс рассчитывается по данным материального баланса с учетом тепловых эффектов (экзо- или эндотермических) химических реакций и фазовых превращений (испарение, конденсация, плавление, кристаллизация, возгонка),

---

происходящих в реакторе, подвода тепла с исходным сырьем и отвода тепла с продуктами реакции, тепловых потерь. Тепловой баланс составляется на основе закона сохранения энергии, в соответствии с которым (12):

(12)

Для стадии синтеза, в котором, наряду с процессами теплообмена, происходят химические и фазовые превращения, сопровождающиеся выделением или поглощением тепла, уравнение теплового баланса принимает вид (13):

, (13)

где – тепло, входящее в реактор с исходными реагентами, кДж/цикл; – тепло, выделяющееся (или поглощающееся) в результате химических превращений, кДж/цикл; – тепло, выделяющееся (или поглощающееся) в результате фазовых цикл превращений, кДж/цикл; – тепловые потери, кДж/цикл; – тепловые потери, кДж/цикл; – количество тепла, отводимое (подводимое) от реактора при помощи теплоносителя, кДж/цикл.

Расчет тепла, входящее в реактор с реагентами реакции, ведется по формуле (14):

, (14)

где – тепло, поступающее с i – реагентом, кДж/цикл.

Тепло, поступающее с i – реагентом находится по формуле (15):

, (15)

где – мольный поток i – реагента, моль/цикл; – теплоемкость i – реагента, Дж/моль·К; – температура i – реагента, К.

---

Смотрите также файлы

• . Махамбетов атындаы жоббм кмм тaыpыбы aнт диaбeтiнi пaйдa бoлуы сeбeптepi aлдын aлу жoлдapын зepттeу Сeкциясы.docx

• Инструкция по безопасному проведению работ на объектах Пожарный. Сизод человека.docx

• Тест 1 Из каких функций состоит система управления.docx

• Трбиелеу білім беру процесіні циклограммасы Білім беру йымы мкК 102 Балапан.docx

• 10. 7 требования правил охраны труда при выполнении основных и специальных работ на пожаре.docx