Записать уравнения суммарных независимых реакций образования ключевых продуктов

Определить число независимых реакций, выбрать независимые реакции и ключевые вещества;

Записать уравнения суммарных независимых реакций образования ключевых продуктов;

4) По суммарным реакциям рассчитать материальный баланс процесса, если в реактор подают 100 моль/час метанола, 40 моль/час кислорода (в виде воздуха с 21% кислорода и 79% азота) степень конверсии кислорода 100%, а выходы формальдегида, муравьиной кислоты и СО₂ равны, соответственно 0.80, 0.01 и 0.09;

Вычислить селективность процесса по формальдегиду.

Составить таблицу материального баланса массовых и мольных потоков на входе и выходе из реактора.

Решение:

Составить стехиометрическую матрицу

	Вещество
CH2O	H2	HCOOH	CO2	СH3OH	O2	H2O
Реакция						-1	-0,5
					-1
		-1				-0,5
	-1					-0,5
	-1					-1
			-1			-0,5

Определить число независимых реакций, выбрать независимые реакции и ключевые вещества

Для определения ранга матрицы её необходимо привести к виду Гаусса

В результате получаем:

	Вещество
CH2O	H2	HCOOH	CO2	СH3OH	O2	H2O
Реакция						-1
		-1				-0,5
					-1	-1
					-1	-1,5

Вычисление ранга стехиометрической матрицы (r) дает значение r = 4, то есть в этой системе имеется четыре независимые реакции.

Записать уравнения суммарных независимых реакций образования ключевых продуктов

Стехиометрические коэффициенты соответствуют этим четырем суммарным реакциям:

СH₃OH ® CH₂O + H₂
H₂ + 0,5 O₂ ® H₂O
СH₃OH + O₂ ® HCOOH + H₂O
СH₃OH + 1,5 O₂ ® CO₂ + 2H₂O

4) По суммарным реакциям рассчитать материальный баланс процесса, если в реактор подают 100 моль/час метанола, 40 моль/час кислорода (в виде воздуха с 21% кислорода и 79% азота) степень конверсии кислорода 100%, а выходы формальдегида, муравьиной кислоты и СО₂ равны, соответственно 0.80, 0.01 и 0.09

Формула для расчета выхода

Отсюда находим мольные потоки веществ

F_CH2O = 0,8*100 = 80 моль/час

F_HCOOH = 0,01*100 = 1 моль/час

F_CO2 = 0,09*100 = 9 моль/час

F_CH3OH = F_CH3OH,0 – F_CH2O – F_HCOOH – F_CO2 = 100 – 80 – 1 – 9 = 10 моль/час

F_O2 = 0 (так как степень конверсии 100%)

F_O2 = F_O2,0 – 0,5*F_H2O – F_HCOOH – 1,5*F_CO2 = 40 – 0,5*x – 1 – 1,5*9 = 40 – 0,5*х – 14,5 = 0

х = 51 моль/час

F_H2O = F_H2 + F_HCOOH + 2*F_CO2 = 51 + 1 + 2*9 = 70 моль/час

F_H2 = F_CH2O – F_H2O = 80 – 51 = 29 моль/час

Для проверки составим таблицу материального баланса процесса:

Вещество	Молекулярная масса	Приход	Расход
кмоль/час	кг/час	кмоль/час	кг/час
СH3OH
O2
CH2O
HCOOH
CO2
H2O
H2
Итого

Равенство суммарных массовых потоков на входе на выходе из реактора подтверждает правильность произведенных расчетов.

Дата добавления: 2015-09-03