Теоретический анализ процесса получения этилена

 
Твых_Х= 939,2190К

 

∆Т=148,7809 К

 

При 1:7 молей воды

 

Т вых , К	Q  вых расч,Дж/ч
1073	220424795,5
1173	249289729,2
1273	278965815,9

 
Твых_Х= 957,6366К

∆Т= 130,3633К

При разб.1:8

Т вых , К	Q  вых расч,Дж/ч
1073	240230110,5
1173	271576237,6
1273	303819658,5

 

 

Твых _Х= 1004,5825К

∆Т= 83,4174К

 

Влияние разбавителя  на разность температур на входе и  выходе, представим графиком зависимости ∆Т(n) .

График показывает , что с увеличением количества разбавителя происходит уменьшение разности температур на входе и выходе .

Разбавление сырья  водяным паром  благотворно сказывается  на процессе пиролиза. При работе с  большими количествами перегретого  водяного пара (до 1: 4; 1: 8) резко снижается  парциальное давление и вследствие увеличивается выход этилена до 45%  на пропущенный пропан при 815⁰С и времени контакта 0,4 сек.

Вывод: таким  образом адиабатический перепад  температур  ∆Т=83,4174 К следовательно при данном процессе нельзя использовать адиабатический режим.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3 Полный термодинамический анализ процесса получения этилена.

В своем расчете  мы хотели бы рассмотреть реакцию  получения этилена, основанную  на реакции пиролиза  пропана, так как она является наиболее распространенной и важной для промышленного производства этилена.

Термодинамический анализ начинают выполнять для основного  превращения в газовой фазе. При  этом необходимо установить влияние  температуры, давления, мольного соотношения  реагентов, инертного разбавителя  на положение равновесия в системе, то есть на равновесную степень конверсии исходного этилена и выход целевого продукта этанола (его содержание в равновесной смеси).

Проведем предварительный  расчет процесса. Для этого необходимо ввести допущение, что побочных реакций  не протекает, селективность процесса по целевому продукту 100% (хотя в промышленности и так достигается такой подбор условий, что вероятность протекания побочных процессов крайне мала и селективность процесса 95% и выше). Упрощенная схема реакции имеет вид:   

Для определения параметров процесса необходимо владеть надёжными термодинамическими характеристиками  веществ, участвующих в реакции

Расчитываем  энтальпийный эффект протекающих реакций 

∆rH˚T,g=∆fH˚(пропан),g -∆fH˚(этилен),g -∆fH˚(метан),g

В нашем расчете  проводим качественный термодинамический анализ протекающих превращений  (по принципу Ле-Шателье)влияние параметров процесса на положение равновесия.

Определяем  влияние температуры на константу реакции и

вычисляем равновесную степень конверсии как функцию температуры.

 

 

 

 

 

Термодинамические свойства в состоянии идеального газа:

Пропан:

Т,К	∆fH0т  кДж/моль	S 0 Т Дж/моль*К	Ср,Дж/моль*К
298	-103,85	-23,49	74,84
400	-110,184659	1,46825037	94,73
500	-115,410059	24,804603	114,43
600	-119,724909	47,0396284	129,48
800	-126,187709	88,0084324	155,34
1000	-129,693509	124,89964	175,31
1088	-130,4248869	139,919429	180,85752
1500	-132,914259	202,167305	206,83

 

Этилен:

Т,К	∆fH0т  кДж/моль	S 0 Т Дж/моль*К	Ср,Дж/моль*К
298	52,3	-23,4900	39,3400
400	49,1933	-5,7105	56,9200
500	47,0497	7,7393	70,3200
600	45,5413	17,7942	80,3600
800	43,7281	32,0658	94,6000
1000	43,3817	42,9565	105,4800
1088	43,6280	45,6108	108,1341
1500	42,5438	58,0489	120,5600

 

Метан:

Т,К	∆fH0т  кДж/моль	S 0 Т Дж/моль*К	Ср,Дж/моль*К
298	-74,8500	-50,7200	35,6900
400	-77,9244	-45,7731	40,6300
500	-80,7392	-39,7636	46,6300
600	-83,2387	-33,6459	52,7400
800	-87,1923	-22,2701	64,0800
1000	-89,6257	-12,5841	73,7500
1088	-90,2532	-9,5724	76,7614
1500	-90,8109	4,5596	90,8600

 

 

 

 

 

Т,К	∆rH,кДж/моль	∆rS*T, Дж/моль*к	∆G,Кжд/мольк	Kp	x1(общ)	x2(общ)
298	81300	-15114,56	96414,56	0,961832521	0,700195	-0,70019
400	81453,51	-21180,75	102634,3	0,969609489	0,70163	-0,70163
500	81720,51	-28414,44	110134,9	0,97385403	0,702408	-0,70241
600	82027,51	-37734,77	119762,3	0,976277748	0,70285	-0,70285
800	82723,51	-62570,16	145293,7	0,978392139	0,703235	-0,70323
1000	83449,51	-94527,25	177976,8	0,978820626	0,703313	-0,70331
1088	83799,66	-113022,6	196822,2	0,978476199	0,70325	-0,70325
1100	110766,4	-153514,6	264281	0,971515847	0,70198	-0,70198

 

График зависимости  Константы равновесия от температуры.

График показывает, что при увеличении температуры  происходит увеличение константы равновесия.

компонент	Количество моль
	исх см	равн см	мольн доля в равн
пропан	1	1-X-У	(1-X-У)/(1+n)
метан	0	У	У/(1+n)
этилен	0	X	X/(1+n)
ин р	n	n	n/(1+n)
Σ	1+n	1+n	1

Где Х-количество моль этилена полученного по реакции.

У - Количество моль метана полученного по реакции.

n- Количество моль инертного разбавителя.

 

 

 

PA=	(1-X-У)/(1+n)
PB=	У/(1+n)
PC=	X/(1+n)
Kp=	(PB*PC)/PA
Pобщ=	1 атм
n=	0 моль

 

Расчет  равновесной  степени конверсии   и константы реакции при варьировании давления и фиксированных прочих параметров процесса.

 

T,К	Pобщю,атм	n,моль	Kp,с-1	X
1088	1	1	0,978476	0,77754585
	5			0,496119743
	10			0,37998278
	20			0,282992099
	50			0,186566035
	60			0,171300271
	70			0,159295615

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

График зависимости равновесная степени конверсии от давления.

Таким образом, при увеличении  общего давления уменьшается равновесная  степень конверсии

 

 

 

Расчет константы  реакции и степени конверсии  при изменении количества молей  инертного разбавителя.

T,К	Pобщ.,атм	n ,моль	Kp,с-1	X
1088	5	1	0,978476	0,496119743
		2		0,555907123
		4		0,634685379
		5		0,662941947
		8		0,724314069
		10		0,753290717
		15		0,803613539
		20		0,836322822

 

 

 

 

 

 

График зависимости  степени конверсии от инертного  разбавителя.

_{Как показывает график зависимости  равновесной степени  конверсии от количества инертного разбавителя, что при дальнейшем разбавлении степень конверсии увеличивается.}

 

 

 

 

 

 

Расчет степени  конверсии  и константы равновесия при варьировании температуры.

T,К	Pобщ.,атм	n,моль	Kp,с-1	x
298	1	0	0,961832521	0,509727507
400			0,969609489	0,507714857
500			0,97385403	0,506623076
600			0,976277748	0,50600175
800			0,978392139	0,505460965
1000			0,978820626	0,505351514
1088			0,978476199	0,50543949
1500			0,97931562	0,505325134