Термодинамические расчеты метанола

Зависимость константы равновесия от температуры имеет вид:lgKp = 3748,7/T – 9,2833lgT + 3,1475*10-3Т – 4,2613*10-7Т2+ 13,8144По условию задачи дано:t = 3000C, P = 50 атм.Если вещества реагируют в стехиометрических соотношениях, тов равновесии будет находиться: (1 – х) моль CO, (2 – 2х) моль H2 и х моль CH3OH. х – количество прореагировавшего вещества или степень превращения исходных веществ.Общее число молей смеси: N = (1 – х) + (2 – 2х) + х = 3 – 2хМольные доли компонентов смеси:Ni(CO) = (1 – х)/(3 – 2х)Ni(H2) = (2 – 2х)/(3 – 2х)Ni(CH3OH) = х/(3 – 2х)Так как парциальные давления веществ в смеси: Рi = Ni * Pгде Р – общее давление в смеси, по условию 50 атм.Тогда выражение для константы равновесия будет иметь вид:Кр =1/Р2* Ni(CH3OH)/ Ni(CO)* Ni(H2)2 = х(3 – 2х)2/Р2*4(1 – х)3Находим константу равновесия при 3000С, Т = 300 + 273 = 573 КlgKp = 3748,7/573 – 9,2833*lg573 + 3,1475*10-3*573 – 4,2613*10-7*5732 + 13,8144 = 6,54 –25,62 + 1,80 – 0,14 + 13,8144 = -3,6056Кр = 2,48*10-4Решая кубическое уравнение2,48*10-4 = х(3 – 2х)2/502*4(1 – х)3Находим степень превращения:х = 0,19 (19%).Мольные доли компонентов смеси:Ni(CO) = (1 – х)/(3 – 2х) = (1 – 0,19)/(3 – 2*0,19) = 0,31Ni(H2) = (2 – 2х)/(3 – 2х) = (2 – 2*0,19)/(3 – 2*0,19)= 0,62Ni(CH3OH) = 0,19/(3 – 2*0,19) = 0,074. ВыводыДавление. Увеличение давления и понижение температуры смещает равновесие реакции в сторону увеличения выхода метилового спирта. В промышленных условиях синтез метанола осуществляется из газовой смеси, содержащей кроме водорода и окиси углерода также еще двуокись углерода. Поэтому при расчете равновесия синтеза метанола из смеси газов Н2—СО—CO2 учитывается следующая реакция: СО2 + Н2(г) = СО + Н2О — 9,8 ккал;Равновесный выход метанола, степень превращения окиси и двуокиси углерода в значительной мере меняются в зависимости от давления, температуры, отношения Н2:СО и содержания двуокиси углерода в газе. При повышении давления фактический выход метилового спирта почти прямо пропорционально увеличивается и резко возрастает степень превращения окиси/и двуокиси углерода (при 380°С).Следует заметить, что с повышением давления более резкий рост равновесного выхода метанола получается при повышенных температурах. Так, при изменении давления от 50 до 300 кгс/см5 равновесный выход метанола при 280 °С увеличивается в 2,4 раза а при 380 °С — в 2,3 раза (отношение H2 : СО =4 : 1). Температура. При повышении еще одного важного параметра - температуры равновесный выход метанола понижается. Наиболее резкое понижение наблюдается при температурах выше 340°С. В этих условиях (при 300 кгс/см2) начинает снижаться степень превращения окиси и двуокиси углерода в метанол, причем более резко окиси углерода.Увеличивая молярное отношение Н2:СО степень превращения окиси и двуокиси углерода возрастает, причем степень превращения СО2 в большей мере, а равновесный выход метанола снижается. При синтезе метанола на катализаторах наряду с основными реакциями взаимодействия оксидов углерода и водорода протекает большое число последовательных и параллельных реакций, в результате которых получается значительное количество побочных веществ. Это не только отражается на качестве продукта, но значительно ухудшает и показатели процесса, осложняя схему выделения метанола-ректификата и увеличивая расход газового сырья и энергетические затраты.Установлено, что в синтетическом метаноле-сырце содержится более 50 органических соединений. Это — простые и сложные эфиры, альдегиды, кетоны, формалин, ацетали, высшие спирты, карбоновые кислоты, амины. Общее содержание их в пересчете на органические соединения колеблется от 0,3 до 5,2% (масс.) в зависимости от качества сырья, применяемого катализатора и условий процесса.Содержание метанола в метаноле-сырце, получаемом на низкотемпературных медьсодержащих катализаторах, достигает 99,7% (масс.) против 94,8% (масс.) на цинк-хромовом катализаторе. Однако на катализаторе СНМ-1 дополнительно образуются метилэтиловый эфир, насыщенные углеводороды, парафины (содержание последних достигает 0,04—0,09% масс.). Содержание воды зависит от концентрации диоксида углерода и соотношения реагирующих компонентов в исходном и циркуляционном газах. При синтезе метанола на цинк-хромовом катализаторе содержание СО в цикле не превышает 1,5% (об.), и концентрация воды колеблется в пределах 6—12% (об.). На низкотемпературных катализаторах при содержании в газе до 4—8% (об.) СО2 концентрация воды в метаноле-сырце составляет 12—20% (масс.).Содержание и состав микропримесей в метаноле-сырце разных производств зависит от качества сырья и его подготовки, от содержания диоксида углерода в газе, поступающем на синтез, от материала аппаратуры, качества и срока службы катализатора и от технологического режима синтеза.5.Список литературыБретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей. Инженерные методы расчета. Пер. с польск./Под ред. П. Г. Романкова. М.-Л., Химия, 1966. 535 с.Введенский А. А. Термодинамические расчеты нефтехимических процессов. Л., Гостоптехиздат, 1960. 576 с.Зимон А.Д. Физическая химия. М.; 2008.Зубарев В. Н. и др. Теплофизические свойства метилового спирта. М., Изд-во стандартов, 1973. 202 с.Ипполитов Е.Г., Артемов А.В., Батраков В.В. Физическая химия. М.; 2007.Карапетьянц М. X. Химическая термодинамика. М.-Л., Госхимиздат, 1953. 611 с.Кей Док., Лэби Т. Таблицы физических и химических постоянных. Пер. с 12-го англ. изд./Под ред. К. П. Яковлева. М., Физматгиз, 1962. 247 с.Краткая химическая энциклопедия. М., Советская энциклопедия, 1964. Т. 3. 1112 с.Кутёпов А.М., Бондарёва Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология, Москва "Высшая школа", 1990гМухлёнов И.П., Общая химическая технология .Том 2 - Важнейшие химические производства, 1977. 288 с.Технология синтетического метанола. Под ред. Караваева М.М .Москва, Химия, 1984. – 240 с.