Социология масс

Содержание

 

1 Исходные данные…………………………………………………………….. 3

2 Термодинамический анализ реакции……………………………………….. 4

3 Расчет идеальных моделей реакторов……………………………………… 8

3.1 Расчет объема РИС-Н в изотермическом режиме…………………….. 8

2. Расчет объема РИВ-Н в изотермическом режиме…………………….. 9
3. Расчет числа секций в каскаде РИС-К…………………………………. 9
4. Расчет адиабатического режима РИС-Н ……………………………… 10
5. Расчет адиабатического режима РИВ-Н………………………………. 10

 

 

1 Исходные данные

 

1 Схема реакции: M + H ↔ I

2 Термодинамические величины:

вещество M - ,

 

вещество Н -

 

вещество I - ,

 

3 Начальная концентрация  реагента СНо = 2,0 кмоль/м3, СМо = 2,4 кмоль/м3;

4 Параметры уравнения  Аррениуса: А01 = 7,60*104;  Е1 = 54,00 кДж/моль; А02 = 2,44*1011;  Е2 = 174,00 кДж/моль;

5 Объемный расход сырья  GV = 130 м3/ч;

6 Объем одной секции  РИС-К   Vc=(1/10)VРИС-Н;

7 Плотность реакционной смеси ρ0 = 2480 кг/м3;

8 Теплоемкость реакционной  смеси ср = 1670 Дж/(кг*К).

 

 

 

2 Термодинамический анализ реакции

 

Тепловой эффект реакции при 298 К (кДж):

Величины  
∆

Тепловой эффект в диапазоне температур 300-1000 К представлен в таблице 2.1:

Таблица 2.1 

Т, К	∆НT, кДж
300	-135.844
400	-824.570
500	-1269.865
600	-1538.979
700	-1675.173
800	-1697.726
900	-1601.935
1000	-1359.114

 

Рисунок 2.1 – Зависимость теплового эффекта от температуры

 

Изменение энтропии химической реакции при 298 К (Дж/К):

 

Для расчета изменения энергии Гиббса используется метод Темкина-Шварцмана. Для расчетов необходимо расчитать значения коэффициентов в исследуемом интервале температур. Результаты вычислений приведены в таблице 2.2:

Таблица 2.2

Т, К	М0	М1	М2	М3	∆GT
300	0.000	0.006	1.70421486	509.163678	-82579.9
400	0.039	12.97	4306.26702	1437584.05	-70315.8
500	0.113	40.74	14889.0047	5533162.31	-57899
600	0.196	75.93	30277.4965	12457992.3	-45405.8
700	0.279	115.3	49840.7049	22570966	-32876.2
800	0.360	157.4	73263.1112	36301529.7	-20333.3
900	0.436	201.2	100369.427	54110486.6	-7793.6
1000	0.508	246.3	131054.48	76474318.8	4728.644

 

Рисунок 2.2 – Зависимость энергии Гиббса от температуры

 

Для вывода зависимости между константой равновесия и равновесной степенью превращения реагента необходимо рассмотреть схему химической реакции.

	M	+	H	→	I
О	nM0		nH0		0
*	nM0-y		nM0-y		y

Суммарное количество вещества в системе

∑= nH0 - y + nM0

Мольные доли компонентов

,

,

,

При общем давлении в системе равном Р парциальные давления компонентов равны соответственно

,

,

,

Выражение для константы равновесия

,

Откуда

.

В соответствии с исходными данными начальная концентрация реагентов СНо = 2,0 кмоль/м3,  СМо = 2,4 кмоль/м3, значит, если принять объем реакционной системы 1л, то исходное количество реагентов в нем будет nМо= 2,4 моль, nНо= 2 моль.

Для проверки правильности расчета величины у следует вычислить мольные доли веществ реакции и сложить их. Сумма должна равняться 1.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.3

Т, К	Kp	y	NM	NH	NG		x, %
300	2.393*1014	2	0,166667	2,09*10-14	0,833333333	1	83,33%
400	1522742929	1,999999992	0,166667	3,28*10-9	0,833333327	1	83,33%
500	1119135.706	1,999989278	0,16667	4,47*10-6	0,833325143	1	83,33%
600	8975,750231	1,998667651	0,167129	0,000555	0,832316132	1	83,28%
700	284,012708	1,961585751	0,179795	0,015754	0,804451397	1	81,73%
800	21,26561466	1,694451736	0,260778	0,112934	0,62628775	1	70,60%
900	2,833644269	1,063306395	0,400604	0,280725	0,318670672	1	44,30%
1000	0,56622893	0,437988059	0,495206	0,394247	0,11054688	1	18,25%

 

Выводы по термодинамическому анализу:

1 Тепловой эффект реакции  на всем интервале температур  остается отрицательным, что свидетельствует  о выделении тепла. Наибольшее  тепловыделение наблюдается при  температуре 800 К. На всем интервале  температур при ее увеличении  тепловой эффект изменяется на  приблизительно 300 - 500 кДж/моль.

2 Изменение энергии Гиббса  отрицательно на интервале от 300 К до 900 К. При температурах ниже ~900 K (~627 °C) реакция самопроизвольно протекать не может. Наименьшее значение наблюдается при 300 К.

3 Равновесная степень  превращения снижается по мере  увеличения температуры. Максимальная  равновесная степень превращения  характерна для температуры 300 К и равна ≈ 83,33 %.

4 В качестве начальной температуры для проведения процесса рекомендуется Т0 = 300 К.

 

 

3 Расчет идеальных моделей реакторов

 

Кинетическое уравнение исследуемой реакции имеет вид

.

Равновесная степень превращения может быть определена из кинетического уравнения, при условии, что скорость прямой реакции равна скорости обратной, т.е:

,

,

.

Равновесная степень превращения по кинетическим данным согласуется с результатами термодинамического расчета (0.833).

Примем требуемую степень превращения – 82 %.

 

3.1 Расчет объема РИС-Н в изотермическом режиме

 

Проектное уравнение РИС-Н имеет вид

,

а объем изотермического РИС-Н определяется по формуле

,

V=170900 м3.

 

 

3.2 Расчет объема РИВ-Н в изотермическом режиме

 

Проектное уравнение РИВ-Н имеет вид

,

,

 

а объем изотермического РИВ-Н определяется по формуле

,

V=7264 м3.

 

3.3 Расчет числа секций РИС-К

 

Зависимость скорости реакции от остаточной концентрации для исследуемой реакции имеет вид

 

Концентрация может принимать значения от СMо = 2,4 кмоль/м3 до  
СMn = 2.4*(1 - 0.82) = 0.432 кмоль/м3.

Угловой коэффициент

 

1 ступень. Концентрация на  выходе из первого реактора  каскада

,

кмоль/м3

CM1 = 1.156 кмоль/м3

2 ступень. Концентрация на  выходе из второго реактора  каскада

CM2 = 0,414 кмоль/м3

Очевидно, что СM2˂CMn, т.е. двух реакторов в каскаде достаточно для достижения степени превращения 82 %.

Объем РИС-К 

.

 

3.4 Расчет адиабатического режима в РИС-Н

 

Система уравнений материального и теплового баланса для обратимой реакции имеет вид

,

Выразив отсюда xM и подставив необходимые значения получим систему, решить которую можно вычитая правые части уравнений и приравняв эту разность к нулю.

Температура, устанавливающаяся в адиабатическом РИС-Н

 

соответствующая данной температуре степень превращения

 

 

3.5 Расчет адиабатического режима в РИВ-Н

 

Система уравнений материального и теплового баланса для обратимой реакции имеет вид

,

 

Температура, устанавливающаяся в адиабатическом РИВ-Н

 

соответствующая данной температуре степень превращения