Инженерные расчеты в химической технологии

 

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Чувашский государственный университет  имени И.Н. Ульянова

Химико-фармацевтический факультет

Кафедра химической технологии и охраны окружающей среды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа по дисциплине «Теория химико-технологических  процессов органического синтеза»

Инженерные  расчеты в химической технологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила

 

 

 

Чебоксары 2013

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:

1. Материальные расчеты
2. Кинетические исследования
3. Экономические расчеты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Материальные расчеты

• Задача 1

 

 

Β	1,2
п1	1,5625
п2	5,63

 

	4FeS2+11O2→8SO2+2Fe2O3
	S+O2→SO2
Вещество	Конц.%	Молек.масса	Количества  вещ-ва
			Кмоль	кг
Приход
1)Колчедан,				1000
в том числе:
FeS2	75	120	6,25	750
S	18	32	5,63	180
H2O	3	18	1,67	30
примеси	4			40
2)О2		32	27,375	876
				1876
Расход
1)FeS2		120	7,8125
2)SO2		64	18,13	1160
3)Fe2O3		160	3,125	500
4)O2		32	4,56	146
5)примеси				40
6)H2O				30
Потери SO2	2,5	64
				1876,00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Задача 2

 

	C4H10→C3H6+CH4
	C4H10→C2H4+C2H6
Вещество	Конц.%	Молек.масса	Количество  в-ва
			Кмоль	кг
Приход
Газ,в том  числе
1)С4Н10	95	58	31,328321	1817,043
2)N2	5	28	1,648859	46,1681
				1863,211
Расход
1)С4Н10		58	6,2656642	363,4085
2)С3Н6	100	42	23,809524	1000
3)СН4		16	23,809524	380,9524
4)С2Н4		28	1,2531328	35,08772
5)С2Н6		30	1,2531328	37,59398
6)N2		28	1,648859	46,16805
				1863,211

 

Ха	0,8
Фв	0,95
Фz	0,05
п1	23,80952
п2	1,253133

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Задача 3

 

Вещество	Конц.%	Мол.масса	Количества  вещества		Объем, см3	Плотность
			моль	г		г/мл
Получено
1)CH3COOC2H5		88	0,227273	20				п1	0,227273
2)С2Н5ОН		46	0,4249	19,5454545				п2	0,227
3)С6Н6		78	0,846154	66,00
CH3COCl		78,5	0,052982	4,16
Поглотительный  раствор:
Н2О		18	4,671717	84,0909091
NaСl		58,5	0,227273	13,2954545
NaOH		40	0,272727	10,9090909
Итого				218,00
Загружено
1)Бензольный  раствор				88,00	100	0,88
бензол	75	78	0,846154	66,00
СH3COCl	25	78,5	0,280255	22,00
2)C2H5OH		46	0,652174	30
Поглотительный  раствор:				100
Н2О	80	18	4,44444	80
NaOH	20	40	0,50000	20
Итого				218,00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Кинетические исследования

 

• Задача 1

При исследовании кинетики реакции

в периодических условиях в ацетона при 80˚С проведено 7 опытов. Опыты 1-3 проведены при постоянных значениях начальных концентраций исходных реагентов, а опыты 4-7 – при разных значениях. Значения начальных концентраций реагентов представлены в таблице:

Реагенты	Начальные концентрации реагентов, моль/дм2, в опытах
	1	2	3	4	5	6	7
С5Н11Br	0,3	0,3	0,3	0,4	0,2	0,2	0,2
LiCl	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	2,0	1,0

           Получены следующие зависимости  концентрации бромида лития LiBr(моль/дм³) от времени (t, мин):

Опыты 1-3
t	12	24	36	48	60	72	96	120
LiBr
Опыт 1	0,0302	0,0570	0,0806	0,098	0,121	0,131	0,171	0,193
Опыт 2	0,0298	0,0538	0,0841	0,0998	0,119	0,135	0,167	0,192
Опыт 3	0,0291	0,0541	0,0815	0,0972	0,120	0,128	0,168	0,189
Опыт 4
t	13	26	39	52	65	78	104	130
LiBr	0,0414	0,082	0,109	0,138	0,165	0,193	0,239	0,261
Опыт 5
t	12	24	36	48	60	72	96	120
LiBr	0,0196	0,0385	0,054	0,0701	0,0791	0,0954	0,108	0,131
Опыт 6
t	20	40	60	80	100	120	160	200
LiBr	0,0227	0,041	0,0588	0,0715	0,085	0,105	0,117	0,135
Опыт 7
t	45	90	135	180	225	270	360	450
LiBr	0,0245	0,0404	0,0660	0,0784	0,0904	0,101	0,122	0,142

 

 

 

1.  Вводим данные для параллельных реакций 1-3. Задаем  концентрации реагентов, число параллельных точек и количество реагентов n1 и n2. Задаем время и результаты по реагенту Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Формулы для расчета концентрации реагентов СА и СУ:

 

 

 

 

3. Задаем формулу для расчета  каждого реагента. Из таблицы  выбираем формулу для линеаризации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Проверяем прямолинейность  функции. Строим график

5. Объединяем экспериментальные  данные опытов 1-3.

 

 

6. Рассчитываем константу  скорости реакции:

 

 

7. Проводим статистическую  обработку полученных результатов.

 

а) среднее значение концентрации реагента А:

 

 

 

 

б) расчет функции Yr

 

 

в) среднее отклонение концентрации реагента А

 

 

г) среднее отклонение функции:

 

 

 

д) расчет дисперсии воспроизводства  функции:

 

 

 

 

е) расчет дисперсии адекватности:

 

 

 

 

 

 

 

ж)расчет критерии Фишера

 

 

 

значение критерия Фишера:

 

 

 

 

8. Расчет доверительного  интервала средняя квадратичная  ошибка в константе:

а) расчет среднего квадратичной ошибки в константе:

 

 

 

 

б) расчет критерии Стьюдента:

 

 

доверительный интервал:

   

 

9. Расчет коэффициента корреляции:

 

 

10. Константа скорости:

 

 

 

 

11. Расчет константы скорости для 4 опыта:

 

 

Задаем параметры стадии:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Формулы для расчета  концентрации реагентов СА и СУ:

 

 

 

 

Задаем уравнение

 

 

 

И рассчитываем константу скорости k4:

 

Константа скорости k4 находится  в доверительном интервале.

 

12. Расчет константы скорости для 5 опыта:

Задаем параметры стадии: начальные концентрации, время и  результаты по реагенту А:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Формулы для расчета  концентрации реагентов СА и СУ

 

 

 

 

Задаем уравнение

 

 

И рассчитываем константу  скорости k5

 

 

Константа скорости k5 находится  в доверительном интервале.

 

 

13. Расчет константы скорости для опыта 6:

Задаем параметры стадии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Формулы для расчета концентрации реагентов СА и СУ:

 

 

 

Задаем уравнение:

 

 

И рассчитываем константу скорости k6:

 

Константа скорости k6 находится  в доверительном интервале.

14. Расчет константы скорости для 7 опыта:

Задаем параметры стадии:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Формулы для расчета  концентрации реагентов СА и СУ:

 

 

 

Задаем уравнение:

 

 

 

 

 

И рассчитываем константу  скорости k7:

 

 

 

Константа скорости k7 находится  в доверительном интервале

15.

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод:

реакция протекает по нуклеофильному замещению S_N2(одностадийная реакция).  Кинетическое уравнение:

r = (k±∆k)C_A C_Y    

r=(0,00294±0,00002) С_АС_Y моль/дм³*с