Обработка и анализ результатов эксперимента

2.6.1. Материальный баланс системы дегидрирования

В основе составления материального баланса лежит качественный и количественный анализ состава входящих и выходящих потоков. Балансовый расчет проводится на единицу массы, а для непрерывных процессов и на единицу времени. Последний метод дает наибольшую информацию, так как позволяет судить о скорости потоков.

1-ЭБ 3

4

2-Н₂О

Рис. 4. Структура материальных потоков:

1-этилбензол; 2-водяной пар; 3-легкие газы (ЛГ); 4-углеводородный конденсат (УК); 5-водяной конденсат (ВК); Х-хладоагент

Составить материальный баланс по экспериментальным данным. Результаты оформить таблицей (табл. 7, приложение).

Количество легких газов на выходе из системы можно принять равным 3-5 % масс. или пренебречь.

2.6.2. Расчет основных характеристик процесса

Результаты расчета материального баланса являются исходными данными для определения наиболее важных технологических показателей процесса дегидрирования:

1. Конверсия ЭБ: χ =

2. Селективность по стиролу: φ = .

3. Выход стирола: η = .

4. Интенсивность по стиролу: J = .

5. Расходный коэффициент по ЭБ на СТ: А = .

6. Расходный коэффициент по водяному пару на стирол:

В = .

Все определяемые величины являются интегральными, так как получены в реакторе интегрального типа. После расчета проводится обсуждение полученных результатов для оценки приближения конверсии к равновесному значению при заданных температуре и степени разбавления. Для этого используется отношение χ/χ*. Далее анализируются причины неравенства выход <1, предлагаются возможные пути снижения расходных коэффициентов и способы их осуществления.

2.6.3. Описание кинетики реакции дегидрирования

этилбензола.

Целью данного раздела является установление кинетической модели процесса, адекватно описывающей экспериментальные данные. Производится сравнительная оценка средней скорости реакции, полученной в эксперименте и рассчитанной по одному из кинетических уравнений реакции дегидрирования, применимых для железохромкалиевых катализаторов.

1. Определение экспериментальной средней скорости реакции:

r _эксп = (m ₀- m)/ M _эб, моль/(м³ с),

где m ₀ = ω · ρ; m = m ₀ (1 - χ _эб).

Поделив найденную скорость реакции на насыпную массу катализатора, можно выразить ее в моль/кг с.

2. Расчет теоретической средней скорости реакции.

Обобщение полученных результатов и литературных сведений о механизме аналитических превращений алкилбензолов позволяет предположить следующую стадийную схему

процесса:

1. C₆H₅C₂H₅+Z C₆H₅C₂H₅Z

2. C₆H₅C₂H₅Z+Z C₆H₅C₂H₄Z+HZ

3. C₆H₅C₂H₄Z+Z C₆H₅C₂H₃Z+Z

4. C₆H₅C₂H₃Z C₆H₅C₂H₃+Z

5. 2HZ H₂+2Z

6. C₆H₅C₂H₅Z+Z CH₃Z+C₆H₅CH₂Z

7. C₆H₅CH₂Z+HZ C₆H₅CH₃+2Z

8. CH₃Z+HZ CH₄+2Z

где Z – активный центр поверхности катализатора.

На основании полученных экспериментальных данных, с учетом обоснованного ранее механизма реакции с лимитирующей стадией взаимодействия адсорбированной молекулы со свободным активным центром поверхности, кинетическая модель может быть представлена уравнениями следующего вида:

где - скорость накопления стирола и побочных продуктов,

соответственно, моль/кг с;

- парциальные давления ЭБ и стирола, гПа;

- константы.

Текущие парциальные давления компонентов могут быть найдены по зависимостям:

P _эб = P ⁰_эб(1 - χ_эб),

P _H2 = P _cm = P⁰_эб · χ_эб · φ_ст,

где P ⁰_эб - исходное парциальное давление сырья.

После расчета экспериментальной и теоретической скоростей реакции для оценки адекватности модели принятую кинетическую модель используют дальше для расчета про-

мышленного реактора.

Применимость указанных уравнений проверялась расчетом на ЭВМ. В результате были получены следующие выражения для констант:

моль/кг с Па,

Па^-1,

моль/кг с Па,

моль/кг с Па.