Файл: Минобрнауки россии федеральное.docx

Расчет материального баланса

В процессе получения винилацетата окислением этилена в присутствии уксусной кислоты парофазным методом уравнениями являются:

А) Основное уравнение:
СН₂=СН₂ + 0,5О₂ + СН₃СООН = СН₃СООСН=СН₂ + Н₂О

Б) Побочные уравнения:
CH₂=CH₂ + 0,5О₂ = СН₃СОН CH₂=CH₂+3О₂=2СО₂+2Н₂О

CH₃СОOСH=CH₂ + Н₂О = СН₃СООН + СН₃СОН

Таблица 1 – Исходные данные

Вариант 1

Показатель	Значение
Содержание этилена в свежем потоке, % (по объему)	96,0
Содержание уксусной кислоты в свежем потоке, % (по массе)	96,5
Содержание этилена в циркулирующем газе, % (по объему)	81,0
Конверсия этилена, %	20,0
Селективность образования винилацетата на этилен, %	91,0
Конверсия уксусной кислоты, %	90,0
Базис расчета, т винилацетата	10,0

---

Блок2:
^{3. ????}12^ЭТ∙????ЭТ^∙????ВА^{ЭТ=П/Мва=????}401^ВА

4. ????₁₂^УК∙????_УК=П/Мва Блок3:

^{5. 2????}12^ЭТ∙????ЭТ^∙(1−????ВА^ЭТ)=????301<sup>CO2

6. ????</sup>12^{ЭТ∙(1−????}ЭТ^)=????31^∙????31^ЭТ+????302^∙????302<sup>ЭТ

????</sup>31^эт=????302^эт

Блок4:
^{7 ????}402^H20=????301^{CO2+П/Мва+????}012^∙????012^H20

8. ????₀₁₃^O2=0,5∙П/Мва+1,5∙ ????₃₀₁^CO2

9. ????₄₁=????₁₂^УК∙(1−????_УК)

10. ????₀₁₁∙(1−????₀₁₁^ЭТ)=????₃₀₂∙(1−????₃₀₂^ЭТ)

Таблица 2 - Соответствие переменных потоков.

Наименование потока	Условное обозначение	Хi	Размерность	Значение по расчету
Свежий этилен	N011	X1	кмоль	161,68
Возвратная смесь этилена	N31	Х2	кмоль	596,31
Этилен в парофазовой смеси (из 1 блока)	N ЭТ 12	Х3	кмоль	638,228
Подаваемая уксусная кислота	N012	Х4	кмоль	130,207
Рециркулируемая уксусная кислота	N41	Х5	кмоль	12,906
Уксусная кислота в парофазовой смеси (из 1 блока)	УК N12	Х6	кмоль	129,06
СО2	N301С02	Х7	кмоль	22,976
Поток отдуваемых газов (этан)	N302	Х8	кмоль	34,0388
Вода	N402Н2О	Х9	кмоль	153,46
Подаваемый О2	N013О2	Х10	кмоль	92,543

---

Переименование и упорядочивание переменных. 1. 0,96∙Х1+0,81∙Х2−Х3=0

2. 0,8921∙Х4+Х5−Х6=0
3. 0,20∙0,91∙Х3=10000/86,09
4. 0,90∙Х6=10000/86,09
5. 2∙0,20∙ (1−0,91) ∙Х3−Х7=0
6. (1−0,20) ∙Х3−0,81∙Х2−0,81∙Х8=0
7. Х9−Х7−0,11∙Х4=10000/86,09
8. Х10−1,5∙Х7=0,5∙10000/86,09
9. Х5−Х6∙ (1−0,90) =0
10. (1−0,96) ∙Х1−(1−0,81) ∙Х8=0
Таблица 3 - Матрица коэффициентов

№ урав- нения	Х1	Х2	Х3	Х4	Х5	Х6	Х7	Х8	Х9	Х10	Свободный член
1	0,96	0,81	-1	0	0	0	0	0	0	0	0
2	0	0	0	0,89	1	-1	0	0	0	0	0
3	0	0	0,182	0	0	0	0	0	0	0	116,1575
4	0	0	0	0	0	0,90	0	0	0	0	116,1575
5	0	0	0,036	0	0	0	-1	0	0	0	0
6	0	-0,81	0,8	0	0	0	0	-0,81	0	0	0
7	0	0	0	-0,11	0	0	-1	0	1	0	116,1575
8	0	0	0	0	0	0	-1,5	0	0	1	58,07875
9	0	0	0	0	1	-0,1	0	0	0	0	0
10	0,04	0	0	0	0	0	0	-0,19	0	0	0

---

Таблица 4 – Результат решения

X(1)	X(2)	X(3)	X(4)	X(5)	X(6)	X(7)	X(8)	X(9)	X(10)
161,6844	596,3099	638,2281	130,2068	12,90639	129,0639	22,97621	34,03883	153,4565	92,54307

Таблица 6 - Расчет материального баланса. Базис=10 000 кг винилацетата

Приход			Расход
Наименование	кг	%	Наименование	кг	%
Этилен	4353,719	29,53	Винилацетат	10000,00	67,82
Этан	194,469	1,32	Этан	194,474	1,32
Уксусная кислота	6975,268	47,31	Этилен	773,379	5,25
Вода	258,096	1,75	Вода	2765,349	18,76
Кислород	2961,376	20,09	СО2	1011,174	6,86
			Невязка	-1,448	-0,01
Всего	14742,928	100	Всего	14742,928	100

Приход:

1. 
   Поток 011.
   

Масса поступающего этилена

????_{ЭТ(пост)}=????₀₁₁∙????_ЭТ∙γ=161,68∙28,05∙0,96 = 4353,719 кг

Масса поступающего этана

G_{(этан пост.)} = N₀₁₁∙M_этан

---

∙ γ = 161,68∙30,07∙0,04=194,469 кг

2. 
   Поток 012 .
   

Масса поступающей уксусной кислоты

????_012(УК) = ????₀₁₂∙????_УК∙0,85=130,207∙60,05∙0,8921=6975,268 кг

Масса поступающей воды

G_{012(вода)}= ????₀₁₂∙????_ВОДА∙0,15=130,207∙18,02∙0,11=258,096 кг

3. 
   Поток 013.
   

Масса поступающего кислорода
????₀₁₃=????₀₁₃∙????_О2=92,543∙32=2961,376 кг
Расход:

1. 
   Масса винилацетата = 10000 кг
   

2. 
   Масса воды
   

????вода=????₄₀₂^Н2О∙????_Н2О=153,46∙18,02=2765,349 кг

3. 
   Масса СО2
   

????₃₀₁=????₃₀₁^CO2∙????_????????2=22,976∙44,01=1011,174 кг

4. 
   Масса отдуваемых инертных газов (этана)
   

????_{ЭТАН(ОТДУВ)}=????₃₀₂∙????_ЭТАН∙γ=34,0388∙30,07∙0,19=194,474 кг

5. 
   Масса отдуваемого этилена
   

????_{ЭТ(ОТДУВ)}=????₃₀₂∙????_ЭТ∙γ=34,0388∙28,05∙0,81=773,379 кг

Рисунок 9 Поточная диаграмма ²⁵

Масштаб: 1см- 100т


Рисунок 10 Операторная схема процесса

---