Для получения этиленоксида из этилена используют газовую смесь

В реакторе протекает следующая химическая реакция:
2Н2С=СН2+О2→2Н2С-О-СН2
Содержание этиленоксида в реакционном газе:
Vэо=Vрг∙φэо100,
где Vрг-объемный расход полученного реакционного газа, м3/ч; Vрг=25000 м3/ч;
φэо-объемная доля этиленоксида в реакционном газе, %; φэо=4%.
Vэо=25000∙4100=1000м3ч
Массовый расход этиленоксида в реакционном газе:
mэо=Vэо22,4∙Мэо,
где 22,4 – объем 1 кмоль газа при нормальных условиях, м3;
Мэо-молярная масса этиленоксида, кг/кмоль; Мэо=44 кг/кмоль.
mэо=100022,4∙44=1964,3кгч,
или мольный расход этиленоксида: nэо=1964,3/44=44,64 кмоль/ч
Объем катализатора в реакторе:
Vк=mэоmуд,
где mуд-удельная производительность катализатора по этиленоксиду, кг/(м3·ч); mуд=2500 кг/(м3·ч).
Vк=1964,32500=0,79 м3
Согласно уравнению реакции, из 2 кмоль этилена образуется 2 кмоль этиленоксида . Определяем необходимый объемный расход этилена в газовой смеси на входе в реактор:
Vэ=VэоХ,
где Х – степень конверсии этилена в этиленоксид; Х=20%=0,2.
Vэ=10000,2=5000м3ч.
Суммарный объем газовой смеси на входе в реактор:
Vгс=Vэφэ,
где φэ-объемная доля этилена в газовой смеси; φэ=20%=0,2.
Vгс=50000,2=25000м3ч.
На основании выполненных расчетов и исходных данных по составу газовой смеси составляем материальный баланс процесса.
Рассчитываем массовые расходы компонентов газовой смеси по формуле:
mi=Vгс∙φi22,4∙Mi,
где φi- объемная доля i-го компонента в газовой смеси;
Mi-молярная масса i-го компонента в газовой смеси, кг/кмоль.
mС2Н4=25000∙0,222,4∙28=6250кгч;
mО2=25000∙0,0722,4∙32=2500кгч;
mСО2=25000∙0,0422,4∙44=1964,3кгч;
mN2=25000∙0,6922,4∙28=21562,5кгч.
В результате реакции в реакторе образуется 44,64 кмоль/ч этиленоксида, что соответствует массовому расходу этилена и кислорода газовой смеси:
nэо=nС2Н4расход=44,64 кмоль/ч;
mС2Н4расход=nС2Н4расход∙МС2Н4=44,64∙28=1250кгч;
nО2расход=nэо2=44,642=22,32 кмоль/ч;
mо2расход=nО2расход∙МО2=22,32∙32=714,3кгч.
В реакционном газе на выходе из реактора содержится 1964,3 кг этиленоксида, 1964,3 кг СО2, 21562,5 кг N2, а также этилен и кислород, массовые расходы которых составляют:
mС2Н4ост=mС2Н4-mС2Н4расход=6250-1250=5000кгч;
mО2ост=mО2-mО2расход=2500-714,3=1785,3кгч.
Результаты расчетов сводим в табл