Моделирование процесса получения N-фенил-1-адамантанкарбоксимидоилхлорида

 

 

 

 

  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая работа

по  дисциплине:

"Моделирование промышленных процессов"

на  тему:

"Моделирование процесса получения N-фенил-1-адамантанкарбоксимидоилхлорида" 

  
 

      Выполнил:

             

      Проверил:   
 
 
 
 
 

Оценка  работы _________ баллов 

  2009 

     Оглавление

1 Химическая схема процесса 4

1.1 Химическое уравнение основной реакции 4

1.2 Химические уравнения побочных реакций 4

2 Механизмы реакций 5

2.1 Механизм основной реакции 5

2.2 Механизм побочной реакции 6

3 Формализованная схема процесса 7

3.1 Полная формализованная схема процесса: 7

3.2 Формализованная схема процесса: 7

4 Кинетическая модель процесса 8

5 Материальный баланс процесса 10

6 Сравнение параметров реакторов РИС-П и РПС 12

6.1 Расчёт удельной производительности 12

6.2 Влияние различных технологических параметров на УП 14

6.2.1 Зависимость УП от начальной концентрации исходных реагентов 15

6.2.2 Зависимость УП от избытка второго реагента 16

6.2.3 Зависимость УП от степени превращения сырья 18

6.2.4 Зависимость УП от температуры 20

6.3 Расчёт селективности 21

6.4 Влияние различных технологических параметров на селективность 22

6.4.1 Зависимость селективности от начальной концентрации исходных реагентов 22

6.4.2 Зависимость селективности от избытка второго реагента 23

6.4.3 Зависимость УП от степени превращения сырья 24

6.4.4 Зависимость УП от температуры 26

6.5 Анализ влияния на селективность типа реактора и способа введения реагентов 27

7 Расчёт реакторных узлов 28

7.1 Выбор двух наилучших вариантов 28

7.2 Расчёт реактора с параметрами, обеспечивающими наибольшую удельную производительность 28

7.2.1 Расчёт РИС-П 28

7.2.2 Расчёт РПС 29

7.3 Расчёт реактора с параметрами, обеспечивающими наибольшую селективность процесса 29

7.3.1 Расчёт РИС-П 29

7.3.2 Расчёт РПС 30

8 Выбор наилучшей реакторной схемы 31

ВЫВОДЫ 32

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 33 

 

     

     1 Химическая схема процесса

     1.1 Химическое уравнение основной реакции

      (1) 

     1.2 Химические уравнения побочных реакций

     Образование соли целевого продукта с хлороводородом:

      (2) 

     Гидролиз  исходного имидоилхлорида:

      (3) 

 

 

     

     2 Механизмы реакций

     2.1 Механизм основной  реакции

     

     2.2 Механизм побочной  реакции

     

 

 

 

     

     3 Формализованная схема процесса

     3.1 Полная формализованная схема процесса:

     

     3.2 Формализованная схема процесса:

     В нашем случае не следует учитывать  реакцию образования соли, она не является существенной при выбранных условиях проведения процесса, поэтому схема упрощается до следующей:

     

 

     4 Кинетическая модель процесса

     Введём  сквозную нумерацию веществ, присутствующих в технологическом процессе:

     

     После чего кинетическая модель процесса с  учётом побочных реакций приобретает  следующий вид: 
 
 
 
 
 

     Уравнение кинетики основной реакции: 

     Уравнение кинетики побочной реакции: 

     Константы скоростей для этих реакций известны при 20ºС и равны:

     

     Но  в нашем случае применяется более  высокая температура, поэтому требуется  привести эти константы к температуре  процесса равной 65ºС, что можно просто сделать – поскольку для основной реакции константы скоростей  подчиняются закону Вант-Гоффа и  температурный коэффициент одинаков и равен 2. Также следует отметить, что из-за недостатка литературных данных константу скорости для побочной реакции мы пересчитываем так же как и остальные константы. Это можно сделать, так как скорость побочной реакции на порядок больше скорости основной и при этом ошибка не будет настолько большой, что сильно исказит результаты расчётов. Таким образом, зададимся условной системой.

     

     Далее обратившись к формализованной схеме процесса, мы можем отнести нашу кинетическую модель к типу двух параллельных необратимых реакций. Что достаточно сильно упрощает расчеты и тем не менее позволяет получить достоверные зависимости и характеристики. 

 

     

     5 Материальный баланс  процесса

     Имеется следующий материальный баланс процесса с учётом побочной реакции гидролиза для цеха производства целевого продукта с мощностью ≈ 50 тонн/год для 1 цикла периодического процесса:

     

     Реакция протекает в растворителе (толуоле), реакция экзотермическая, протекает  при температуре 65ºС. Съём тепла осуществляется через рубашку реактора, либо за счёт конденсации испаряющегося растворителя.