Гидрирования СО2

Содержание:

 

Введение…………………………………………………………………………5

Цель работы...........................................................................................................7

Краткие сведения о процессе…………………………………………………...8

Подбор оптимальных условий………………………………………………….9

Обсуждение результатов………………………………………………………..14

Заключение……………………………………………………………………….15

Список литературы………………………………………………………………16 

Введение

Одной из задач разработки промышленного химико-технологического процесса является выбор типа, конструкции и расчет химического реактора – центрального аппарата в любой химико-технологической схеме, включающей целый ряд машин и аппаратов, соединенных между собой различными связями.

При проектировании химического  реактора используется метод моделирования.

Естественно, что реальная модель оказывается слишком сложной  в плане математического аппарата. Поэтому в подавляющем большинстве  случаев для математического  описания химического реактора используют следующую систему уравнений:

1. Уравнение материального баланса
2. Уравнение теплового баланса
3. Уравнение, описывающее скорость процесса
4. Уравнение, описывающее гидромеханическую обстановку в реакторе.

В виду сложности описания гидромеханической обстановки применяют  две идеализированные модели течения  реагентов: модель идеального вытеснения (РИВ) и полного смешения (РПС). В курсовом проекте реактор задан полного смешения, поэтому о нем поподробнее.

РПС предполагает, что  все выходные параметры равны  значениям в объеме. Изменение  от начальной до конечной концентрации происходит на нулевой промежуток времени.

 

 

 

 

 

                            Цель работы

Целью работы является описание процесса окисления гидрирование диоксида углерода  в промышленности и обоснование выбора модели реактора и температурного режима при проведении процесса, а именно выяснение условий протекания реакции, при которых концентрация СО2 на выходе будет минимальна.

Целью, вытекающей из выше названной, является получение навыков  поиска литературы по теме из различных  источников, а так же опыт работы с программным обеспечением MathCad в сфере расчета реакторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Краткие сведения о технологии гидрирование диоксида              углерода 

 

Разработка и совершенствование  процессов получения топлив и  химических продуктов из биомассы рассматривается в настоящее время в качестве основы для устойчивого развития современного общества. Так, в последние годы во многих странах стремительными темпами расширяется производство одного из основных видов биотоплива - биодизеля, для которого, кроме растительного масла, требуется большое количество метанола. Побочным продуктом этого процесса является глицерин. Одним из вариантов применения глицерина является его переработка в водородсодержащий газ или синтез-газ, который далее может быть использован в энергетике, а также для синтеза других ценных химических продуктов, например метанола, диметилового эфира, жидких моторных топлив и др. Риформинг глицерина может быть проведен при помощи паровой конверсии как при нормальном давлении, так и при повышенном, в том числе и в суперкритических условиях при давлении около 300 атм. Основными продуктами паровой конверсии являются углекислый газ и водород, а также некоторое количество монооксида углерода. Для синтеза различных ценных химических продуктов требуется оптимальное соотношение Н₂/СО, которое определяется параметрами конкретного процесса. Поэтому необходимо предварительно часть углекислого газа (диоксида углерода) конвертировать в монооксид углерода.

Требуемый процесс может  быть проведен посредством реакции  гидрирования CO₂ в СО:

 

CO ₂+H₂=CO+H₂O.

 

Проведение этой реакции  может сопровождаться нежелательным  процессом метанирования СО₂, протекания которого следует избегать:

 

CO₂+4H₂=CH₄+2H₂O.

 

Расчеты термодинамического равновесия для реакционной смеси, содержащей СО₂ и Н₂, показывают, что процесс селективного гидрирования СО₂ в СО целесообразно проводить при температурах выше 150°С, причем увеличение реакционной температуры способствует увеличению образования СО и уменьшению образования побочных продуктов гидрирования - метана и других парафинов и олефинов. С другой стороны, увеличение давления будет приводить к увеличению количества метана. В этой связи необходимо, чтобы катализатор был высокоактивным и селективным в реакции гидрирования СО₂ в СО, но был неактивным в реакции метанирования. Таким образом, чем шире температурный интервал, в котором катализатор активно работает, тем проще регулировать состав продуктов реакции и соответственно достигать заданного оптимального соотношения Н₂/СО на выходе из реактора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подбор оптимальных  условий.

 

Общая характеристика реакции.

Реакция гидрирование диоксида углерода является эндотермической и идет без изменения объема объема.

Расчет  концентраций реагентов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет теплового  баланса:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет объема реактора:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для РИВ:

 

 

 

 

Результаты  в графической форме и выводы:

 Обоснование  выбора адиабатического реактора для гидрирования диоксида углерода.

 

а) зависимость  концентрации CO2 на выходе от объема реактора при фиксированном давлении 1 атм и температурах: 773 и 1173 К. 

 

 

 

б) зависимость  концентрации CO2 на выходе от объема реактора при фиксированном давлении 4 атм и температурах: 850 и 1000 К. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в) зависимость концентрации CO2 на выходе от объема реактора при фиксированной температуре 773 и 1173 К, давлении 1 и 3 ат соответственно.

 

 

 

                              Обсуждение результатов.

 

 

 

1)При рассмотрении первого графика мы наблюдаем, что с повышением температуры достаточно высокая концентрация СO2 уменьшается. Повышение значения предельной концентрации связано с тем, что реакция эндотермическая, константа равновесия увеличивается, что следует из уравнения изобары Вант-Гоффа и степень превращения с повышением температуры увеличивается.

 

 

2)Рассматривая второй  график,  мы наблюдаем, что с  повышением температур и давления  объем реактора уменьшается. Но незначительно.

 

3)Рассматривая  третий  график, можно прийти к  выводу, что давление не существенно  влияет на степень превращения  СO2. Тем не менее, при увеличении давления степень превращения уменьшается, следовательно, концентрация увеличивается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

На основании проведенных  расчетов были определены оптимальные  условия функционирования реактора, при которых на выходе будет наименьшая концентрация СO2.

zna = 0.1, T = 1173 K, P = 1 атм.

 

Литература

1. Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология: Учеб. для техн. вузов.- Изд. 2-е испр. и доп. М.: Высшая шк., 1990. - 520 с.
2. Бесков В.С. Общая химическая технология: Учеб. для вузов. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. – 452.с.:ил.
3. Катализатор, способ его приготовления  и способ гидрирования диоксида углерода  в моно оксид (патент РФ № 2395340)  Зырянов А.С., Кириллов В.А.,  2010.