Синтез фосгена через конверсию угарного газа с паром. Расчёты равновесной температуры, давления, объёма адиабатического реактора по степени превращения. Определение себестоимости производства, график зависимости данных переменных от степени превращения.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Содержание

Введение

1. Расчеты, построение графиков

1.1 Построение кинетических кривых

1.2 Равновесие в процессе синтеза фосгена. Расчет конечной степени превращения при заданном объеме реактора

1.3 Расчет объема адиабатического реактора по степени превращения

1.4 Расчет себестоимости

Выводы по работе

Список используемых источников

Введение

В данной курсовой работе рассматривается реакция конверсии угарного газа с паром.

Целью работы является:

1. Установление равновесной температуры, давления, степени превращения реакции конверсии угарного газа с паром;

2. Сравнение времени пребывания смеси в адиабатическом РПС и адиабатическом РИВ;

3. Определение себестоимости производства по средствам расчета сырьевой и эксплуатационной компонент с помощью построения графика зависимости данных переменных от степени превращения.

Информация о реакции конверсии угарного газа с паром

Экономичность схемы переработки углеводородного сырья во многом определяется одной из стадий производства водорода - конверсией окиси углерода II с водяным паром. Эта стадия определяет глубину переработки природного газа и дает возможность существенно упростить очистку конвертируемого газа от окиси углерода (II).

Реакция конверсии окиси углерода представляет собой реакцию, протекающую по формуле (1) и называемую также реакцией конверсии водяного газа. Эта реакция широко используется в промышленности для получения синтез-газа, городского газа и в других областях.

CO+H₂O=CO₂+H₂ (1)

?H_298,16?K=-9838 кал/моль

То, что эта реакция протекает в присутствии катализаторов, было впервые установлено ещё в 1885 году, когда Гемберг и Генри путём добавления к водяному газу большого количества водяного пара и пропускания этой смеси через накаленный докрасна огнеупорный кирпич каталитически конвертировали окись углерода в водород и двуокись углерода. Однако, в то время ещё не был разработан метод прямого синтеза аммиака и другие процессы, и в качестве возможных областей использования водорода можно было назвать лишь искусственное освещение, аэростаты, сварку металлов, металлургию и немногие другие области, поэтому и реакция конверсии СО в то время считалась реакцией, почти не имеющей промышленного значения.

В конце XIX века французскому химику Сабатье и его сотрудникам удалось осуществить каталитическую конверсию водорода в органические соединения, а затем, в 1913 году немецкий химик Габер с сотрудниками добился успеха в разработке метода прямого синтеза аммиака, вследствие чего возникла проблема получения промышленного дешевого водорода, являющегося сырьем для этих процессов. Для решения этой проблемы предлагались методы, основанные на газификации различных видов топлив, но обычно в газах, полученных с помощью газификации, помимо водорода содержится изрядное количество окиси углерода, поэтому пришли к необходимости внедрения уже известной реакции конверсии окиси углерода в промышленность в качестве средства превращения СО в водород и увеличения, таким образом, количества последнего в газификации.

Таким образом, реакцию конверсии СО исследовали с целью использования в качестве дополнительной стадии процесса получения водорода, однако позже эту реакцию стали считать экономически выгодной также в отношении детоксикации городского газа, что стало проблемой в особенности на общественных предприятиях, и постепенно в оборудовании для получения городского газа также начали вводить агрегаты конверсии СО. При этом в ряде стран были введен в действие закон об ограничении количества СО в городском газе, поэтому важность реакции конверсии СО в промышленности получения городского газа будет, очевидно, все более и более возрастать.

Для проведения этой реакции обычно применяют железохромовый катализатор, в присутствии которого при температуре реакции 350 - 500?С концентрация СО в газе понижается до остаточного содержания 2 - 3 %.

Что касается давления реакции, то до недавнего времени оно было почти равно атмосферному, но в вязи с недавним повышением давления в процессах газификации и реакцию конверсии СО также стали проводить при повышенном давлении.

В качестве катализаторов конверсии окисей углеродов в прошлом исследовали и испытывали на практике самые различные вещества, но в настоящее время катализаторы, применяемые в промышленности, ограничиваются двумя типами, а именно, катализаторы, в которых к окиси железа, как основному веществу, добавлены окись хрома и некоторые другие добавки, называемые железохромовые (высокотемпературные) катализаторы, и медно-цинковые или медно-хромово-цинковые низкотемпературные катализаторы.

Взаимодействие угарного газа с водяным паром происходит с выделением тепла, поэтому в промышленности конверсию осуществляют в двухступенчатых контактных аппаратах: на среднетемпературном катализаторе, используя повышенную скорость реакции, и на низкотемпературном, используя высокие значения констант равновесия при снижении температуры конверсии. Проведение конверсии окиси углерода с водяным паром в промышленности осуществляется вблизи равновесия.

Катализаторы конверсии окиси углерода (II), работающие в неподвижном режиме, подвержены коррозии потоком газа и термическому растрескиванию. Использование их в условиях кипящего слоя не представляется возможным из-за их незначительной износоустойчивости при истирании. Поэтому преимущества конверсии окиси углерода с водяным паром в кипящем слое до настоящего времени не реализованы из-за отсутствия достаточно активных и износоустойчивых при истирании катализаторов.

Износоустойчивые катализаторы целесообразно готовить методом нанесения активной массы на носитель. В этом случае снижается расход дорогостоящего и дефицитного сырья, улучшаются такие важные характеристики катализатора, как термостойкость, стабильность, пористая структура. Механическая прочность и износоустойчивость катализатора определяется механической прочностью и формой носителя Шарков А.В. «Разработка и исследование катализаторов конверсии окиси углерода с водяным паром в кипящем слое», - диссертация. - Л.,1978.

В данной работе расчеты будут производиться с железохромовым (высокотемпературным) катализатором.

1. Расчеты, построение графиков

1.1 Построение кинетических кривых

Процесс конверсии угарного газа с паром протекает по следующему уравнению реакции:

CO+H₂O=H₂ + CO₂

Скорость конверсии описывается следующим уравнением:

Где U - скорость реакции

k_c - константа скорости реакции

K_p - константа равновесия химической реакции

P_CO, P_H2O, P_H2, P_CO2 - парциальные давления угарного газа, паров воды, водорода и углекислого газа, соответственно.

Параметры уравнения скорости, в свою очередь, рассчитываются для железохромового катализатора по следующим соотношениям:

lg k_c =

lg A =

где T - температура, К.

Константу равновесия K_p и тепловой эффект Q(T) можно рассчитать по уравнениям:

K_p=

Q(T)=

Рекомендуемая температура смеси на входе в реактор 600-800 К, давление 10 атм.

Введем стехиометрические коэффициенты в соответствии с уравнением реакции. Рассчитаем изменение числа киломолей в ходе реакции.

Определяем функции для константы равновесия K_p, константы скорости реакции k_c, безразмерной величины А. При этом для каждой функции выполняем проверку.

Подключаем модуль с определениями всех основных функций.

Определяем функции для расчета прямой и наблюдаемой скоростей реакции. Определяем частные вспомогательные функции u₁(T,P) , u₂(T,P), u(T,P) из общих функций, приняв степень превращения равной 0,3.

Символьно рассчитать равновесную температуру не удается. Рассчитываем равновесную температуру с помощью функции root, т. е. численным способом.

Строим плоский график Х-Y график зависимости скорости реакции от температуры. Чтобы придать осям опрятный вид, наибольшие пределы по осям пастеризуем (огрубим) на один-два разряда числа. Верхний предел по ординате запишем как

Символьно рассчитываем равновесное давление. В плоский график зависимости скорости реакции от давления вводим равновесное давление Р_р в слот на аб...