n="center">
1.5 Аналіз промислових технологій синтезу оксиду етилену У всіх промислових технологічних схемах виробництва оксиду етилену прийнятий процес в нерухомому шарі каталізатора з рециркуляцією продуктів реакції. Технологічні схеми отримання оксиду етилену каталітичним окисленням етилену дуже різноманітні. Вони відрізняються складом газу, що надходить на окислення, окислюючими агентом (повітря або кисень), напрямком потоку газу в реакторі (введення зверху чи знизу), способі знімання тепла (циркулюючим або киплячим теплоносієм може бути кипляча вода), тиском при окисленні і т.д.
Усі технологічні схеми виробництва оксиду етилену каталітичним окисленням етилену, здійснювані в промисловості, протікають на нерухомому шарі каталізатора в трубчастих апаратах
2. Обгрунтування вибору оптимальних умов процесу
2.1 Зв'язок селективності з кінетикою
Зв'яжемо селективність процесу з його кінетикою. Позначимо речовини, що беруть участь в реакціях буквами:
А - етилен,
Y - кисень,
B - оксид етилену,
С - діоксид вуглецю,
D - вода.
Тоді реакції, що протікають в системі можна записати в буквеному вигляді:
Концентрації речовин учасників реакції:
;
;
;
,
де - мольної співвідношення вихідних реагентів;
- початкові концентрації компонентів А і Y, моль/л;
- поточні концентрації компонентів A, Y, B, C, D, моль/л;
- ступінь перетворення компонента А;
- інтегральна селективність цільового продукту В по ключовому реагенту А.
Визначимо диференціальну селективність цільового продукту В по ключовому реагенту А:
(2.1)
де, - швидкість утворення (витрачання) компонентів А і В;
, - стехіометричні компоненти А і В;
r1, r2 - швидкість прямої та побічної реакції;
k1, k2 - константи швидкості прямої і побічної реакції;
Визначимо інтегральну селективність цільового продукту В по ключовому реагенту А для різних типів реакторів.
(2.2)
(2.3)
;
Значить, інтегральна селективність цільового продукту В по ключовому реагенту А не залежить від типу реактора.
Визначимо питому продуктивність за цільовим продукту В для всіх типів реакторів:
=, (2.4)
де FA, 0 - початкові молярний потік речовини А, моль/с;
FВ - молярний потік речовини В, моль/с;
mкат - маса гетерогенного каталізатора, г.
(2.5)
(2.6)
, (2.7)
де nB - мольное кількість речовини В, моль;
t - час реакції, с;
t0 - час непродуктивних витрат, с;
t=(2.8)
(2.9)
(2.10)
де
Визначимо швидкість витрачання ключового реагенту А.
Обчислимо значення визначеного інтеграла:
Підставляючи отримані значення у вирази для питомих производительностей, отримаємо:
Підставляємо отримані вирази в програму, вивчаємо результати програми, а потім будуємо графік залежності інтегральної селективності реактора від температури, а також будуємо графіки залежності питомих производительностей різних типів реакторів від ступеня перетворення компонента Y (кисню) при різних температурах і коефіцієнта надлишку кисню.
Згідно з літературними даними концентраційний межа вибуховості газів в суміші з повітрям при температурі навколишнього середовища 200С і 0,1013 МПа:
нижній 2,5;
верхній 34.
3. Матеріальний баланс установки одержання оксиду етилену
Вихідні дані для розрахунку
Товарний продукт повинен містити не менше 20% основної речовини. У вихідному етилені міститься 1,5% етану. У повітрі наявністю домішок крім азоту знехтувати. Продуктивність установки 95000 тонн на рік.
Оптимальні умови процесу:
Температура T=210 0 С=483К
Коефіцієнт надлишку кисню ?? =0,35
Інтегральна селективність етилену в цільовий продукт
Ступінь перетворення кисню xу=100%
Ступінь перетворення етилену Xа=27,821%
Початкова концентрація етилену СА0, опт=9,340839 10-3 моль/(л с)
Питома продуктивність РІВ GbRIV=0,8515 10-5 моль/(л с)
Час перебування tRIV=5,83 з
Основна реакція:
С2H4 + 1/2 O2=C2H4O (1)
Побічна реакція:
