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
	-103,85	-23,49	74,84
	-110,184659	1,46825037	94,73
	-115,410059	24,804603	114,43
	-119,724909	47,0396284	129,48
	-126,187709	88,0084324	155,34
	-129,693509	124,89964	175,31
	-130,4248869	139,919429	180,85752
	-132,914259	202,167305	206,83

Этилен:

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

Метан:

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

Т,К	∆rH,кДж/моль	∆rS*T, Дж/моль*к	∆G,Кжд/мольк	Kp	x1(общ)	x2(общ)
		-15114,56	96414,56	0,961832521	0,700195	-0,70019
	81453,51	-21180,75	102634,3	0,969609489	0,70163	-0,70163
	81720,51	-28414,44	110134,9	0,97385403	0,702408	-0,70241
	82027,51	-37734,77	119762,3	0,976277748	0,70285	-0,70285
	82723,51	-62570,16	145293,7	0,978392139	0,703235	-0,70323
	83449,51	-94527,25	177976,8	0,978820626	0,703313	-0,70331
	83799,66	-113022,6	196822,2	0,978476199	0,70325	-0,70325
	110766,4	-153514,6		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-X-У	(1-X-У)/(1+n)
метан		У	У/(1+n)
этилен		X	X/(1+n)
ин р	n	n	n/(1+n)
Σ	1+n	1+n

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
			0,978476	0,77754585
				0,496119743
				0,37998278
				0,282992099
				0,186566035
				0,171300271
				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
			0,978476	0,496119743
				0,555907123
				0,634685379
				0,662941947
				0,724314069
				0,753290717
				0,803613539
				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
			0,961832521	0,509727507
			0,969609489	0,507714857
			0,97385403	0,506623076
			0,976277748	0,50600175
			0,978392139	0,505460965
			0,978820626	0,505351514
			0,978476199	0,50543949
			0,97931562	0,505325134

График зависимости степени конверсии от температуры.

Как показывает график, увеличение температуры ведёт к снижению степени конверсии этилена.

Вывод: Таким образом, на процесс пиролиза пропана влияют следующие параметры: инертный разбавитель, давление, температура.

Дата добавления: 2015-06-26