Система химически взаимодействующих реальных газов

Страницы работы

Содержание работы

Синтез аммиака

1,5Н2 + 0,5N2 ⇄ NН3 + Q

Инерт – азот. Диапазоны варьирования технологических параметров:

температура 200 – 600 °С; давление 10 – 600 атм.

Начальные концентрации активных исходных веществ (% об.):

Н2

53

54

55

66

55

N2

43

42

41

40

39

Провести моделирование и установить количественную взаимосвязь между основными стехиометрическими и термодинамическими параметрами, определяющими исследуемую химически активную газовую систему:

зависимость коэффициента летучести газовой смеси от технологических параметров

Ке = f (Т, Р) при С0i = const;

зависимость константы химического равновесия от технологических параметров

Кf = f (Т, Р) при С0i = const;

зависимость концентрации целевого продукта в равновесной газовой смеси от технологических параметров Спродукт = f (Т, Р) при С0i = const;

зависимость теплового эффекта химического превращения от технологических параметров Q = f (Т, Р) при С0i = const;

зависимость равновесной степени превращения целевого компонента от основных технологических показателей процесса Хр= f (Т, Р, С0i).

Решение

В данной работе объектом исследования является система химически взаимодействующих реальных газов. Реальная система исследуются с использованием стехиометрической и термодинамической моделей реактора.

Балансный состав реакционной смеси газов моделируется стехиометрическим реактором. При моделировании задаются начальные концентрации исходных веществ и степень превращения целевого компонента. Равновесная степень превращения целевого компонента моделируется термодинамическим реактором.

При заданных соотношениях начальных концентраций реагентов водород - в недостатке. Выбираем целевым компонентом Н2.

Условия проведения химического превращения задаются температурой и давлением процесса. Как объем перерабатываемых веществ, так температура и давление процесса – это традиционные технологические параметры для любого процесса химической технологии.

Проведем анализ системы при с0Н2 = 53%, шаг Т = 100°С, Р = 10, 100, 200, 400, 600 атм.

Т

Ке при Р=10

Ке при Р=100

Ке при Р=200

Ке при Р=300

Ке при Р=400

Ке при Р=500

Ке при Р=600

200

0,973

0,755

0,562

0,425

0,344

0,311

0,299

400

0,988

0,885

0,787

0,703

0,643

0,576

0,527

600

0,993

0,932

0,872

0,817

0,769

0,725

0,686

Т

Кр при Р=10

Кр при Р=100

Кр при Р=200

Кр при Р=300

Кр при Р=400

Кр при Р=500

Кр при Р=600

200

0,68374

0,88092

1,18316

1,56607

1,93647

2,13952

2,22368

400

0,02656

0,01591

0,01791

0,02003

0,02223

0,02447

0,02671

600

0,02656

0,00266

0,00179

0,00191

0,00203

0,00215

0,00227

При изменении с0 значения коэффициента летучести газовой смеси Ке и константы химического равновесия Кр не изменяются, т.е. зависят только от технологических параметров Т и Р.

Рис. 1  Зависимость коэффициента летучести от Т и Р

Коэффициент летучести характеризует меру отклонения реального газа от идеального Ке = fi/pi. На графике рис.1 видно, что при Р = 10 атм Ке → 1, т.е. свойства газа приближаются к свойствам идеального. С повышением давления отклонение увеличивается, Ке<<1. Рост температуры увеличивает коэффициент летучести

Рис. 2  Зависимость константы химического равновесия от Т и Р

Реакция экзотермическая, по принципу Ле Шателье повышение Т смещает равновесие реакции влево, что подтверждает график рис.2 (константа химического равновесия уменьшается. При повышении давления равновесие сдвигается в направлении образования веществ с меньшим объемом. Так, видно, что при Р = 10 атм кривая более крутая, чем при 100 атм и быстрее стремится к нулю. С повышением Р  равновесная кривая смещается вправо, т.е. процесс можно вести при больших Т и с большим выходом продукта

Анализ зависимости концентрации целевого продукта в равновесной газовой смеси от

технологических параметров Спродукт = f (Т, Р) при С0i = const:

Т

С при Р=10

С при Р=100

С при Р=200

С при Р=300

С при Р=400

С при Р=500

С при Р=600

200

41,94

59,66

62,17

63,20

63,71

63,96

64,11

Со=53%

400

6,72

23,71

34,16

40,47

44,76

47,86

50,21

600

6,72

6,72

8,61

12,38

15,81

18,94

21,79

Т

С при Р=10

С при Р=100

С при Р=200

С при Р=300

С при Р=400

С при Р=500

С при Р=600

200

42,82

61,16

63,77

64,84

65,37

65,64

65,79

Со=54%

400

6,72

24,11

34,82

41,30

45,72

48,93

51,35

600

6,72

6,72

8,73

12,56

16,06

19,25

22,15

Т

С при Р=10

С при Р=100

С при Р=200

С при Р=300

С при Р=400

С при Р=500

С при Р=600

200

43,69

62,68

65,40

66,51

67,07

67,34

67,50

Со=55%

400

6,72

24,51

35,47

42,13

46,69

50,00

52,50

600

6,72

6,72

8,85

12,74

16,30

19,55

22,51

Т

С при Р=10

С при Р=100

С при Р=200

С при Р=300

С при Р=400

С при Р=500

С при Р=600

200

44,56

64,22

67,05

68,22

68,80

69,08

69,25

Со=56%

400

6,72

24,90

36,11

42,96

47,65

51,07

53,66

600

6,72

6,72

8,96

12,92

16,54

19,84

22,86

Т

С при Р=10

С при Р=100

С при Р=200

С при Р=300

С при Р=400

С при Р=500

С при Р=600

200

45,42

65,78

68,73

69,95

70,56

70,86

71,03

Со=57%

400

6,72

25,28

36,74

43,77

48,60

52,13

54,81

600

6,72

6,72

9,08

13,09

16,76

20,13

23,20

Рис. 3.1.  Зависимость концентрации продукта в смеси от Т, Р при С0=53 % об

.

Рис. 3.2.  Зависимость концентрации продукта в смеси от Т, Р при С0=54 % об.

Рис. 3.3.  Зависимость концентрации продукта в смеси от Т, Р при С0=55 % об

Рис. 3.4.  Зависимость концентрации продукта в смеси от Т, Р при С0=56 % об

Рис. 3.5.  Зависимость концентрации продукта в смеси от Т, Р при С0=57 % об

На графиках рис. 3.1 - 3.5 видно, что с ростом Т концентрация продукта снижается (то же показал анализ Кр). Кривые при разных давлениях показывают, что повышение давления повышает концентрацию продукта в смеси.

Похожие материалы

Информация о работе

Тип:
Контрольные работы
Размер файла:
157 Kb
Скачали:
0