Реакция синтеза этанола гидратацией этилена:
С2Н4+Н2О↔С2Н5ОН
2С2Н5ОН↔С2Н5ОС2Н5.
Пропускная способность по этилену: 60 тыс. м3/сут
Потери этанола: 1,2% масс.
Мольное соотношение: Н2О (в.пар):С2Н4-0,8:1
Соотношение оксидов углерода: 98,5% СО и 1.5% СО2.
Условия реакции:
Температура 300°С.
Давление 90 атм.
Температурная зависимость Кр: lgKp = 2100/T – 6,195
Константа равновесия второй реакции: К2=К1/10
Степень достижения равновесия в целевой реакции: 0,88
Решение
Рассчитаем величину констант равновесия при температуре реакции.
T = 273+300 = 573 К
lgKp = 2100/(573) – 6,195→К1=0,00295
Константа равновесия второй реакции: К2=0,00295/10=0,000295
Константа равновесия Кр связана с константой равновесия КN выражением:
Kp=KN∙P∆n
Где P –давление в атмосферах. По условию задачи Р=90 атм.
Δn- изменение количества молей в ходе реакции.
Δn1=1-2=-1.
Δn1=1-2=-1.
Подставляя значения Р и Δn в уравнения, получаем
Kp1=KN1∙90-1
KN1=Kp1∙901=0,00295·90=0,266
Kp2=KN2∙90-1
KN2=Kp2∙901=0,000295·90=0,027
KN – константа равновесия, выраженная, через мольные доли участников реакции:
KN1=NС2Н5ОНNС2Н4∙NН2О
Где Ni – равновесная мольная доля компонента в смеси
Рассчитаем степень превращения С2Н4.
Пусть исходное количество С2Н4 «а» моль. Конверсию С2Н4 обозначим «x».
По условию задачи мольное соотношение Н2О (в.пар):С2Н4-0,8:1
Тогда исходное количество водяного пара «0,8a»
С2Н4 + Н2О ⇆
С2Н5ОН
Исходное количество, моль a
0,8а
0
Вступило в реакцию, моль а· x
а· x
-
Образовалось в реакции, моль -
а· x
Равновесное количество, моль а - а· x
0,8a - ax =
= a· (0,8-x)
а· x
Суммарное количество вещества, моль: а-ax+ a· (0,8-x) + а·х = а·(х+1,8)
Мольная доля a-axa·(х+1,8)=1-xх+1,8
a· (0,8-x)a·(х+1,8)= (0,8-x)(х+1,8)
a∙xa·(х+1,8)=
=xх+1,8
Выразим КN1 через полученные мольные доли:
KN1=xх+1,81-xх+1,8∙ (0,8-x)(х+1,8)=0,266
Решаем полученное уравнение в программе MathCAd15.0, используя функцию solve:
Находим, что х=0,09 моль
Степень конверсии С2Н4 составляет 0,88 (или 88%) от равновесной.
Следовательно, в реакторе конверсия С2Н4 составляет 0,88·0,09 = 0,079
Компонент Молярная масса, кг/кмоль
С2Н4 28
Н2О 18
С2Н5ОН 46
С2Н5О С2Н5 74
Пропускная способность по этилену составляет:
60 тыс
. м3/сут=2500 м3/ч или 2500/22,4=111,607 кмоль или 3125 кг/ч
Количество водяного пара на входе в реактор: 111,607·0,8·18=1607,141 кг/ч
Из указанного количества этилена образуется этанола:
111,607·0,079=8,817 кмоль/ч или 405,58 кг/ч.
Потери этанола составляют 1,2%, то есть 405,58·1,2/100 или 4,867 кг/ч
Также часть этанола расходуется на реакцию образования диэтилового эфира
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
