На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Моделирование процесса получения N-фенил-1-адамантанкарбоксимидоилхлорида

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 20.10.2012. Сдан: 2011. Страниц: 11. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


 
 
 
 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая работа
по  дисциплине:
"Моделирование промышленных процессов"
на  тему:
"Моделирование процесса получения N-фенил-1-адамантанкарбоксимидоилхлорида" 

  
 

      Выполнил:
             
      Проверил:   
 
 
 
 
 

Оценка  работы _________ баллов 

  2009 

     Оглавление
1 Химическая схема процесса 4
1.1 Химическое уравнение основной реакции 4
1.2 Химические уравнения побочных реакций 4
2 Механизмы реакций 5
2.1 Механизм основной реакции 5
2.2 Механизм побочной реакции 6
3 Формализованная схема процесса 7
3.1 Полная формализованная схема процесса: 7
3.2 Формализованная схема процесса: 7
4 Кинетическая модель процесса 8
5 Материальный баланс процесса 10
6 Сравнение параметров реакторов РИС-П и РПС 12
6.1 Расчёт удельной производительности 12
6.2 Влияние различных технологических параметров на УП 14
    6.2.1 Зависимость УП от начальной концентрации исходных реагентов 15
    6.2.2 Зависимость УП от избытка второго реагента 16
    6.2.3 Зависимость УП от степени превращения сырья 18
    6.2.4 Зависимость УП от температуры 20
6.3 Расчёт селективности 21
6.4 Влияние различных технологических параметров на селективность 22
    6.4.1 Зависимость селективности от начальной концентрации исходных реагентов 22
    6.4.2 Зависимость селективности от избытка второго реагента 23
    6.4.3 Зависимость УП от степени превращения сырья 24
    6.4.4 Зависимость УП от температуры 26
6.5 Анализ влияния на селективность типа реактора и способа введения реагентов 27
7 Расчёт реакторных узлов 28
7.1 Выбор двух наилучших вариантов 28
7.2 Расчёт реактора с параметрами, обеспечивающими наибольшую удельную производительность 28
    7.2.1 Расчёт РИС-П 28
    7.2.2 Расчёт РПС 29
7.3 Расчёт реактора с параметрами, обеспечивающими наибольшую селективность процесса 29
    7.3.1 Расчёт РИС-П 29
    7.3.2 Расчёт РПС 30
8 Выбор наилучшей реакторной схемы 31
ВЫВОДЫ 32
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 33 

 

     
     1 Химическая схема процесса
     1.1 Химическое уравнение основной реакции
      (1) 

     1.2 Химические уравнения побочных реакций
     Образование соли целевого продукта с хлороводородом:
      (2) 

     Гидролиз  исходного имидоилхлорида:
      (3) 

 


 

     
     2 Механизмы реакций
     2.1 Механизм основной  реакции
     

     2.2 Механизм побочной  реакции
     
 

 


 

     
     3 Формализованная схема процесса
     3.1 Полная формализованная схема процесса:
     
     3.2 Формализованная схема процесса:
     В нашем случае не следует учитывать  реакцию образования соли, она не является существенной при выбранных условиях проведения процесса, поэтому схема упрощается до следующей:
     
 


     4 Кинетическая модель процесса
     Введём  сквозную нумерацию веществ, присутствующих в технологическом процессе:
     
    Номер по порядку Вещество Обозначение
    1 Ad-C(Cl)-NPh A
    2 PhOH Y
    3 Ad-C(OPh)=NPh B
    4 HCl D
    5 HOH F
    6 Ad-C(=O)-NHPh G
     После чего кинетическая модель процесса с  учётом побочных реакций приобретает  следующий вид: 
 
 
 
 
 

     Уравнение кинетики основной реакции: 

     Уравнение кинетики побочной реакции: 

     Константы скоростей для этих реакций известны при 20?С и равны:
     
Температура, ?С k0, л•моль-1•мин-1
kb, л2•моль-2•мин-1
kн, мин-1
20 1,2172•10-3 0,1974 80,4 [3]
     Но  в нашем случае применяется более  высокая температура, поэтому требуется  привести эти константы к температуре  процесса равной 65?С, что можно просто сделать – поскольку для основной реакции константы скоростей  подчиняются закону Вант-Гоффа и  температурный коэффициент одинаков и равен 2. Также следует отметить, что из-за недостатка литературных данных константу скорости для побочной реакции мы пересчитываем так же как и остальные константы. Это можно сделать, так как скорость побочной реакции на порядок больше скорости основной и при этом ошибка не будет настолько большой, что сильно исказит результаты расчётов. Таким образом, зададимся условной системой.
     
Температура, ?С k0, л•моль-1•мин-1
kb, л2•моль-2•мин-1
kн,  л•моль-1•мин-1
65 2,7542•10-2 4,4667 1819,25
     Далее обратившись к формализованной схеме процесса, мы можем отнести нашу кинетическую модель к типу двух параллельных необратимых реакций. Что достаточно сильно упрощает расчеты и тем не менее позволяет получить достоверные зависимости и характеристики. 

 

     
     5 Материальный баланс  процесса
     Имеется следующий материальный баланс процесса с учётом побочной реакции гидролиза для цеха производства целевого продукта с мощностью ? 50 тонн/год для 1 цикла периодического процесса:
     
Вещество Приход Расход
?i, кмоль m, кг % ?j, кмоль m, кг %
A 0,0750 20,536 74,31 0,0015 0,411 1,49
Y 0,0750 7,059 25,54 0,0037 0,349 1,26
B - - - 0,0713 23,633 85,52
D - - - 0,0735 2,680 9,70
F 0,0022 0,040 0,15 - - -
G - - - 0,0022 0,562 2,03
Итого: - 27,635 100 - 27,635 100
     Реакция протекает в растворителе (толуоле), реакция экзотермическая, протекает  при температуре 65?С. Съём тепла осуществляется через рубашку реактора, либо за счёт конденсации испаряющегося растворителя.
     Данный  процесс характеризуется следующими показателями:
      XA = 98%;
      ФB = 97%;
      ?р = 232,9 мин = 3,88 часа;
      ?всп = 0,35 часа;
      ?ц = 4,23 часа;
      СA,0 = 1,0 кмоль/м3.
     Используется  реактора типа ИПР со следующими характеристиками:
      Vн = 0,1 м3;
      D = 500 мм;
      Fр = 0,7 м2;
      dв = 40 мм;
      h = 0,42 м при ?=0,75.
     Тогда рабочий объём реактора составляет при заданном коэффициенте заполнения (с учётом растворителя):
     Vр = VИПР = Vн•? = 0,1•0,75 = 0,075 м3.
     Тогда производительность реактора по продукту за один цикл составляет [1]:
     Пц = 0,071295 кмоль / 4,23 часа = 0,01686 кмоль/ч.
     Соответственно  за сутки:
     Пс = 0,01686 (кмоль/ч) • 24 ч = 0,40451 кмоль/сутки.
     И за год:
     Пгод = Пс•360 = 0,40451 (кмоль/сутки) • 360 (год/сутки) = 145,62382 кмоль/год = 48267,01 кг/год ? 50 тонн/год.
 

     
     6 Сравнение параметров реакторов РИС-П и РПС
     Наиболее  целесообразными реакторами в нашем  случае являются только РИС-П и РПС, поскольку в ходе реакции выделяется хлористый водород. Эвакуации которого необходима из реакционной массы, что  невозможно осуществить в реакторе типа РИВ.
     6.1 Расчёт удельной производительности
     а) Первоначально будем производить  расчет РИС-П, используя известные параметры процесса и формулу для расчёта УП реактора идеального смешения периодического действия (РИС-П) [2]: 

     б) Во втором случае РИС-П произведём расчет, используя уравнение скорости основной реакции для расчёта УП реактора идеального смешения периодического действия (РИС-П): 

     Решение интеграла в знаменателе уравнения  возможно в двух вариантах:
     1) Решение без учёта избытка второго реагента, избыток второго реагента приравнивается к единице:
     С учётом этого, уравнение скорости преобразуем к такому виду, что бы в правой части осталась только одна независимая переменная – степень превращения, все остальные характеристики принимаются за константы при интегрировании: 

     Далее необходимо решить следующий интеграл: 

     Его интегрирование даёт следующее решение: 

     Первоначально неопределённый интеграл вычислялся вручную, с использованием Mathcad и с помощью бесплатной услуги на www.kontrolnaya-rabota.ru. Определённый интеграл вычислялся только вручную.
     При подстановке численных значений в это выражение имеем: 

     2) Решение с учётом избытка второго реагента:
     Уравнение скорости преобразуется к следующему виду: 

     Далее необходимо решить следующий интеграл: 

     Его интегрирование даёт следующее решение: 

     Первоначально неопределённый интеграл вычислялся вручную и с помощью бесплатной услуги на www.kontrolnaya-rabota.ru. Определённый интеграл вычислялся только вручную.
     Полученное  функция имеет область определения  по избытку второго реагента, такую что множество всех его значений исключает значение избытка второго реагента равное единице, поэтому это выражение будет применяться только для случаев, когда будет изучаться зависимость УП от избытка второго реагента. Проверим это выражение интеграла на корректность, сравним с предыдущим значением, для чего принимаем значение ?Y=1,000001.
     При подстановке численных значений в это выражение имеем: 

     Таким образом, время реакции при заданных параметрах совпадает, что позволяет пользоваться этими выражениями.
     Вычислим  УП зная вычисленное время реакции: 

     в) В случае РПС, поскольку нет материального баланса этого реактора, произведём расчет, используя уравнение скорости основной реакции для расчёта УП реактора идеального смешения периодического действия (РПС): 

     При подстановке численных значений в это выражение имеем: 

     Таким образом, при заданных исходных условиях, РИС-П обладает УП на два порядка больше чем у РПС.
     6.2 Влияние различных  технологических  параметров на  УП
     В нашем случае реакцию можно считать  простой и необратимой. Поэтому  все расчёты будут проводиться  именно для этого случая. В нашем  случае процесс жидкофазный и  проходит без изменения объёма. Также  все расчёты будут проводиться  по второму варианту уравнения расчёта  УП, основанному на применении кинетической зависимости. Так же будем считать, что селективность есть постоянная величина и она не зависит от остальных параметров, поскольку она, как будет показано далее, в нашем случае регулируется только количеством попадающей в реакционную массу воды.
     Для РИС-П: 

     При расчётах пользуемся выведенными ранее  значениями интегралов.
     Для РПС: 

     6.2.1 Зависимость УП от начальной  концентрации исходных реагентов
     Используем  в данном случае для расчёта РИС-П  значение интеграла, не содержащее избыток  второго реагента в явном виде. Фиксируем величины: XA= 98%; ФB= 97%; t=65?C; ?Y=1; k0=2,7542•10-2 л•моль-1•мин-1; kb=4,4667 л2•моль-2•мин-1; kн=1819,25 л•моль-1•мин-1; И начинаем перебирать варианты величины CA,0:
     Таблица 6.1 – Зависимость УП РИС-П и РПС от начальной концентрации исходных реагентов
     
СA,0, кмоль/м3 GB,ИПР, кмоль/(м3•ч) GB,РПС, кмоль/(м3•ч)
0,01 0,00000357 0,0000000662
1,0 0,225 0,002721
2,0 1,081 0,019
3,0 1,858 0,062
4,0 2,267 0,143
5,0 2,464 0,276
6,0 2,563 0,472
7,0 2,617 0,745
8,0 2,649 1,106
9,0 2,668 1,568
10,0 2,681 2,144
     Полученные  результаты представлены на графике 6.1. Ясно, что удельная производительность реактора РИС-П раньше принимает  большее значение и выходит на плато, чем для РПС. Процесс не имеет точечного оптимума, а наоборот наблюдается прямая зависимость  УП от концентрации начального реагента. Рекомендуется проводить реакцию  для РИС-П при концентрации начального реагента равной 6 кмоль/м3, поскольку при этой концентрации кривая УП выходит на "плато" и дальнейшее увеличение концентрации не приводит к существенному увеличению УП. В случае РПС рекомендуется проводить процесс при как можно большей концентрации исходного реагента.
     

     График 6.1 – Зависимость УП РИС-П(---) и РПС(- -) от начальной концентрации исходных реагентов
     6.2.2 Зависимость УП от избытка  второго реагента
     Используем  в данном случае для расчёта РИС-П  значение интеграла, содержащее избыток  второго реагента в явном виде. Фиксируем величины: XA= 98%; ФB= 97%; t=65?C; k0=2,7542•10-2 л•моль-1•мин-1; kb=4,4667 л2•моль-2•мин-1; kн=1819,25 л•моль-1•мин-1; СA,0 = 1,0 кмоль/м3. И начинаем перебирать варианты величины ?Y:
     Таблица 6.2 – Зависимость УП РИС-П и РПС от избытка второго реагента
     
?Y, доли GB,ИПР, кмоль/(м3•ч) GB,РПС, кмоль/(м3•ч)
1,000001 0,225 0,002805
2,0 2,639 5,577
3,0 2,693 21,872
4,0 2,705 48,886
5,0 2,71 86,621
6,0 2,712 135,076
7,0 2,713 194,251
8,0 2,714 264,146
9,0 2,714 344,761
10,0 2,715 436,096
     
 

     График 6.2 – Зависимость УП РИС-П(---) от избытка  второго реагента
     

     График 6.3 – Зависимость УП РПС(- -) от избытка  второго реагента
     Результаты  представлены на разных графиках, поскольку принимаемые значения УП для реакторов различаются на порядки. Причём в пользу РПС, значения УП которого при увеличении избытка второго реагента в 10 раз, увеличиваются на два порядка. Процесс не имеет точечного оптимума, а наоборот наблюдается прямая зависимость УП от избытка второго реагента. Удельная производительность реактора РИС-П выходит на плато при избытке равном двум, поэтому дальнейшее увеличение избытка второго реагента нецелесообразно. Рекомендуется проводить реакцию для РИС-П при избытке второго реагента равном 2. В случае РПС рекомендуется проводить процесс при как можно большем избытке второго реагента.
     6.2.3 Зависимость УП от степени  превращения сырья
     Используем  в данном случае для расчёта РИС-П  значение интеграла, не содержащее избыток  второго реагента в явном виде. Фиксируем величины: ФB= 97%; t=65?C; ?Y=1; k0=2,7542•10-2 л•моль-1•мин-1; kb=4,4667 л2•моль-2•мин-1; kн=1819,25 л•моль-1•мин-1; СA,0=1,0 кмоль/м3. И начинаем перебирать варианты величины XA:
     Таблица 6.3 – Зависимость УП РИС-П и РПС от степени превращения сырья
     
XA, доли GB,ИПР, кмоль/(м3•ч) GB,РПС, кмоль/(м3•ч)
0,01 0,028 253,812
0,1 0,277 190,811
0,2 0,553 134,126
0,3 0,827 89,952
0,4 1,098 56,729
0,5 1,364 32,896
0,6 1,618 16,894
0,7 1,842 7,163
0,8 1,97 2,144
0,9 1,665 0,276
1,0 >0 >0
     Полученные  результаты представлены на графике 6.1. Ясно, что удельная производительность реактора РПС принимает на 2 порядка большее значение при низких конверсиях, чем для РИС-П. Максимум связан с тем, что отношение скорости прироста продукта к скорости увеличения времени носит нелинейный характер, связанный с нелинейностью увеличения времени реакции и его соотношения со вспомогательным временем, в то время как скорость прироста продукта линейна. Рекомендуется проводить реакцию для РИС-П до степени конверсии исходного реагента равной 0,8, поскольку это соответствует максимуму кривой УП. В случае РПС рекомендуется проводить процесс при как можно меньшей конверсии исходного реагента.
     
 

     График 6.4 – Зависимость УП РИС-П(---) от степени  превращения исходных реагентов
     

     График 6.5 – Зависимость УП РПС(- -) от степени  превращения исходных реагентов 

     6.2.4 Зависимость УП от температуры
     Используем  в данном случае для расчёта РИС-П  значение интеграла, не содержащее избыток  второго реагента в явном виде. Фиксируем величины: XA= 98%; ФB= 97%; ?Y=1; kн=1819,25 л•моль-1•мин-1; СA,0=1,0 кмоль/м3. Константы скорости представляем в следующем виде, зная коэффициенты Вант-Гоффа, равные 2: k0=2,7542•10-2•2(t-65)/10 л•моль-1•мин-1; kb=4,4667•2(t-65)/10 л2
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.