96916

Действие химического реактора идеального смешения с постоянным расходом горячего компонента на входе и с отсутствием расхода газа на выходе

Курсовая

Химия и фармакология

Этилен легко окисляется. Если этилен пропускать через раствор перманганата калия, то он обесцветится. Эта реакция используется для отличия предельных и непредельных соединений. Окись этилена — непрочное вещество, кислородный мостик разрывается и присоединяется вода, в результате образуется этиленгликоль.

Русский

2015-10-12

1.72 MB

0 чел.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт строительства и архитектуры

Кафедра «Комплексная безопасность в строительстве»

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине

«ГИДРОГАЗОДИНАМИКА»

Тема: «Действие химического реактора идеального смешения с постоянным расходом горячего компонента на входе и с отсутствием расхода газа на выходе»

Выполнил студент

(институт, курс, группа)

Павлова Майя Сергеевна ИСА II-35

(Ф.И.О.)

Руководитель работы

профессор кафедры КБС  Горев В.А.

К защите

(дата, роспись руководителя)

Работа защищена с оценкой

Председатель комиссии

(ученое звание, степень, должность, Ф.И.О.)

Члены комиссии:

(дата, роспись члена комиссии)

г. Москва

2015 г.

Теоретическая часть

Этилен  органическое химическое соединение, описываемое формулой С2H4. Является простейшим алкеном (олефином), изологом этана. При нормальных условиях — бесцветный горючий газ со слабым запахом. Частично растворим в воде (25,6 мл в 100 мл воды при 0 °C), этаноле (359 мл в тех же условиях). Хорошо растворяется в диэтиловом эфире и углеводородах. Содержит двойную связь и поэтому относится к ненасыщенным или непредельным углеводородам. Играет чрезвычайно важную роль в промышленности, а также является фитогормоном. Этилен — самое производимое органическое соединение в мире; общее мировое производство этилена в 2008 году составило 113 миллионов тонн и продолжает расти на 2—3 % в год. Этилен обладает наркотическим действием. 

Электронное и пространственное строение молекулы

Атомы углерода находятся во втором валентном состоянии (sр2-гибридизация). В результате, на плоскости под углом 120° образуются три гибридных облака, которые образуют три σ-связи с углеродом и двумя атомами водорода; p-электрон, который не участвовал в гибридизации, образует в перпендикулярной плоскости π-связь с р-электроном соседнего атома углерода. Так образуется двойная связь между атомами углерода. Молекула имеет плоскостное строение.

CH2=CH2

Основные химические свойства

Этилен — химически активное вещество. Так как в молекуле между атомами углерода имеется двойная связь, то одна из них, менее прочная, легко разрывается, и по месту разрыва связи происходит присоединение, окисление, полимеризация молекул.

  •  Галогенирование:

CH2=CH2 + Br2 → CH2Br—CH2Br

Происходит обесцвечивание бромной воды. Это качественная реакция на непредельные соединения.

  •  Гидрирование:

CH2=CH2 + H — H → CH3 — CH3 (под действием Ni)

  •  Гидрогалогенирование:

CH2=CH2 + HBr → CH3 — CH2Br

  •  Гидратация:

CH2=CH2 + HOH → CH3CH2OH (под действием катализатора)

Эту реакцию открыл A.M. Бутлеров, и она используется для промышленного получения этилового спирта.

  •  Окисление:

Этилен легко окисляется. Если этилен пропускать через раствор перманганата калия, то он обесцветится. Эта реакция используется для отличия предельных и непредельных соединений. Окись этилена — непрочное вещество, кислородный мостик разрывается и присоединяется вода, в результате образуется этиленгликоль. Уравнение реакции[6]:

3CH2=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3HOH2C — CH2OH + 2MnO2 + 2KOH

  •  Горение:

C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O

  •  Полимеризация (получение полиэтилена):

nCH2=CH2 → (-CH2-CH2-)n

Класс опасности — четвёртый.

Электронное и пространственное строение молекулы

Атомы углерода находятся во втором валентном состоянии (sр2-гибридизация). В результате, на плоскости под углом 120° образуются три гибридных облака, которые образуют три σ-связи с углеродом и двумя атомами водорода; p-электрон, который не участвовал в гибридизации, образует в перпендикулярной плоскости π-связь с р-электроном соседнего атома углерода. Так образуется двойная связь между атомами углерода. Молекула имеет плоскостное строение.

CH2=CH2

Получение

Этилен стали широко применять в качестве мономера перед Второй мировой войной в связи с необходимостью получения высококачественного изоляционного материала, способного заменить поливинилхлорид. После разработки метода полимеризации этилена под высоким давлением и изучения диэлектрических свойств получаемого полиэтилена началось его производство сначала в Великобритании, а позднее и в других странах.

Основным промышленным методом получения этилена является пиролиз жидких дистиллятов нефти или низших насыщенных углеводородов. Реакция проводится в трубчатых печах при 800-950°С и давлении 0,3 МПа. При использовании в качестве сырья прямогонного бензина выход этилена составляет примерно 30%. Одновременно с этиленом образуется также значительное количество жидких углеводородов, в том числе и ароматических. При пиролизе газойля выход этилена составляет примерно 15-25%. Наибольший выход этилена - до 50% - достигается при использовании в качестве сырья насыщенных углеводородов: этана, пропана и бутана. Их пиролиз проводят в присутствии водяного пара.

При выпуске с производства, при товарно-учетных операциях, при проверке его на соответствие нормативно-технической документации производится отбор проб этилена по процедуре, описанной в ГОСТ 24975.0-89 "Этилен ипропилен. Методы отбора проб". Отбор пробы этилена может производится и в газообразном и в сжиженном виде в специальные пробоотборники по ГОСТ 14921.

Промышленно получаемый в России этилен должен соответствовать требованиям, изложенным в ГОСТ 25070-2013 "Этилен. Технические условия".

Применение

Этилен является ведущим продуктом основного органического синтеза и применяется для получения следующих соединений (перечислены в алфавитном порядке):

  •  Винилацетат;
  •  Дихлорэтан / винилхлорид (3-е место, 12 % всего объёма);
  •  Окись этилена (2-е место, 14—15 % всего объёма);
  •  Полиэтилен (1-е место, до 60 % всего объёма);
  •  Стирол;
  •  Уксусная кислота;
  •  Этилбензол;
  •  Этиленгликоль;
  •  Этиловый спирт.

Этилен в смеси с кислородом использовался в медицине для наркоза вплоть до середины 80-х годов ХХ века в СССР и на ближнем Востоке. Этилен является фитогормоном практически у всех растений[4], среди прочего отвечает за опадание иголок у хвойных.

Биологическая Роль

Этилен у растений является своеобразным растительным гормоном, обладающим очень широким спектром биологических эффектов. Он действует в ничтожных, следовых количествах в течение всей жизни растения, стимулируя и регулируя процесс созревания плодов (в частности, фруктов), распускание бутонов (процесс цветения), опадание листьев, рост корневой системы растений.

В коммерческом сборе плодов и фруктов используют специальные комнаты или камеры для дозревания плодов, в атмосферу которых этилен впрыскивается из специальных каталитических генераторов, производящих газообразный этилен из жидкого этанола. Обычно для стимулирования дозревания плодов используется концентрация газообразного этилена в атмосфере камеры от 500 до 2000 ppm в течение 24-48 часов. При более высокой температуре воздуха и более высокой концентрации этилена в воздухе дозревание плодов идёт быстрее. Важно, однако, при этом обеспечивать контроль содержания углекислого газа в атмосфере камеры, поскольку высокотемпературное созревание (при температуре выше 20 градусов Цельсия) или созревание при высокой концентрации этилена в воздухе камеры приводит к резкому повышению выделения углекислого газа быстро созревающими плодами, порой до 10 % углекислоты в воздухе спустя 24 часа от начала дозревания, что может привести к углекислотному отравлению как работников, убирающих уже дозревшие плоды, так и самих фруктов.

Этилен использовался для стимулирования созревания плодов ещё в Древнем Египте. Древние египтяне намеренно царапали или слегка мяли, отбивали финики, фиги и другие плоды с целью стимулировать их созревание (повреждение тканей стимулирует образование этилена тканями растений). Древние китайцы сжигали деревянные ароматические палочки или ароматические свечи в закрытых помещениях с целью стимулировать созревание персиков (при сгорании свеч или дерева выделяется не только углекислый газ, но и недоокисленные промежуточные продукты горения, в том числе и этилен). В 1864 году было обнаружено, что утечка природного газа из уличных фонарей вызывает торможение роста близлежащих растений в длину, их скручивание, аномальное утолщение стеблей и корней и ускоренное созревание плодов. В 1901 году русский учёный Дмитрий Нелюбов показал, что активным компонентом природного газа, вызывающим эти изменения, является не основной его компонент, метан, а присутствующий в нём в малых количествах этилен. Позднее в 1917 году Сара Дубт доказала, что этилен стимулирует преждевременное опадание листьев. Однако только в 1934 году Гейн обнаружил, что сами растения синтезируют эндогенный этилен. В 1935 году Крокер предположил, что этилен является растительным гормоном, ответственным за физиологическое регулирование созревания плодов, а также за старение вегетативных тканей растения, опадание листьев и торможение роста.

Этилен образуется практически во всех частях высших растений, включая листья, стебли, корни, цветки, мякоть и кожуру плодов и семена. Образование этилена регулируется множеством факторов, включая как внутренние факторы (например фазы развития растения), так и факторы внешней среды. В течение жизненного цикла растения, образование этилена стимулируется в ходе таких процессов, как оплодотворение(опыление), созревание плодов, опадание листьев и лепестков, старение и гибель растения. Образование этилена стимулируется также такими внешними факторами, как механическое повреждение или ранение, нападение паразитов (микроорганизмов, грибков, насекомых и др.), внешние стрессы и неблагоприятные условия развития, а также некоторыми эндогенными и экзогенными стимуляторами, такими, как ауксины и другие.

Цикл биосинтеза этилена начинается с превращения аминокислоты метионина в S-аденозил-метионин (SAMe) при помощи фермента метионин-аденозилтрансферазы. Затем S-аденозил-метионин превращается в 1-аминоциклопропан-1-карбоксиловую кислоту (АЦК, ACC) при помощи фермента 1-аминоциклопропан-1-карбоксилат-синтетазы (АЦК-синтетазы). Активность АЦК-синтетазы лимитирует скорость всего цикла, поэтому регуляция активности этого фермента является ключевой в регуляции биосинтеза этилена у растений. Последняя стадия биосинтеза этилена требует наличия кислорода и происходит при действии фермента аминоциклопропанкарбоксилат-оксидазы (АЦК-оксидазы), ранее известной как этиленобразующий фермент. Биосинтез этилена у растений индуцируется как экзогенным, так и эндогенным этиленом (положительная обратная связь). Активность АЦК-синтетазы и, соответственно, образование этилена повышается также при высоких уровнях ауксинов, в особенности индолуксусной кислоты, и цитокининов.

Этиленовый сигнал у растений воспринимается минимум пятью различными семействами трансмембранных рецепторов, представляющих собой димеры белков. Известен, в частности, рецептор этилена ETR1 у арабидопсиса (Arabidopsis). Гены, кодирующие рецепторы для этилена, были клонированы у арабидопсиса и затем утомата. Этиленовые рецепторы кодируются множеством генов как в геноме арабидопсиса, так и в геноме томатов. Мутации в любом из семейства генов, которое состоит из пяти типов этиленовых рецепторов у арабидопсиса и минимум из шести типов рецепторов у томата, могут привести к нечувствительности растений к этилену и нарушениям процессов созревания, роста и увядания. Последовательности ДНК, характерные для генов этиленовых рецепторов, были обнаружены также у многих других видов растений. Более того, этиленсвязывающий белок был найден даже у цианобактерий.

Неблагоприятные внешние факторы, такие, как недостаточное содержание кислорода в атмосфере, наводнение, засуха, заморозки, механическое повреждение (ранение) растения, нападение патогенных микроорганизмов, грибков или насекомых, могут вызывать повышенное образование этилена в тканях растений. Так, например, при наводнении корни растения страдают от избытка воды и недостатка кислорода (гипоксии), что приводит к биосинтезу в них 1-аминоциклопропан-1-карбоксиловой кислоты. АЦК затем транспортируется по проводящим путям в стеблях вверх, до листьев, и в листьях окисляется до этилена. Образовавшийся этилен способствует эпинастическим движениям, приводящим к механическому стряхиванию воды с листьев, а также увяданию и опаданию листьев, лепестков цветков и плодов, что позволяет растению одновременно и избавиться от избытка воды в организме, и сократить потребность в кислороде за счёт сокращения общей массы тканей.

Небольшие количества эндогенного этилена также образуются в клетках животных, включая человека, в процессе перекисного окисления липидов. Некоторое количество эндогенного этилена затем окисляется до этиленоксида, который обладает способностью алкилировать ДНК и белки, в том числе гемоглобин (формируя специфический аддукт с N-терминальным валином гемоглобина — N-гидроксиэтил-валин).[16] Эндогенный этиленоксид также может алкилировать гуаниновыеоснования ДНК, что приводит к образованию аддукта 7-(2-гидроксиэтил)-гуанина, и является одной из причин присущего всем живым существам риска эндогенного канцерогенеза.[17] Эндогенный этиленоксид также является мутагеном. С другой стороны, существует гипотеза, что если бы не образование в организме небольших количеств эндогенного этилена и соответственно этиленоксида, то скорость возникновения спонтанных мутаций и соответственно скорость эволюции была бы значительно ниже.

Приложение 1

ГОСТ 25070-2013 "Этилен. Технические условия".

Практическая часть

Дано: этилен добавляют в воздух.

К продуктам сгорания подмешиваем этилен

при атмосферном давлении, при этом

энтальпия сохраняется.

Определить, как температура

меняется со временем?

Решение:

ст=3

С2Н4+(О2+3,76N2)=2CO2+2H2O+*N2

Q=-(2,co2+,H2O-,C2H4)=-(-2*94,054-2*57,798-12,54)=316,244 ккал/моль

Оценим возможную температуру  продуктов сгорания

Т=298+=2733 К

Средняя молярная теплоёмкость 8,5 кал/моль, а nj=15,28

Зададимся температурой продуктов сгорания.

Теплосодержание продуктов:

Т=2400К

СО2: 2(29913-2239)=55348

Н2О: 2(24913-2368)=45090

N2: 11,28 (18956-2072)=190451,5

(T)∑=290889,5 кал

Т=2600 К

СО2: 2(32852-2239)=61228

Н2О: 2(27530-2368)=50324

N2: 11,28(20707-2072)=210202,8

(T)∑=321754,8 кал

Истинная температура продуктов сгорания определяется линейной интерполяцией из подобия треугольников:

(T)

Т1=2400+*200=2564,2К

+

М=+)t

М(t)=+

M0*Cpв(Tx-T0)=Cp1(T1-Tx)

Tx=

+

Cp1==9,13 кал/моль

Дано:

m=0,1

n=1,65

T0=300

Tг=2370

Температура активации – 15098

Предэкспонет А=1,12*1010 Кмоль/м3*сек

Решение:

                                                T3/4=

                                                 Tδ/2 ==1335

W=Cг0.1*CO21.65*A*e-15098/Tx

Общий состав:

2СО2+2Н2О+3*3,76*N2+1.5*C2H4

Найдем массовые доли:

Yг==

Yг=0,1=}0.1

Найдем среднюю плотность:

(Pг+Pвоздуха)*V=

µвоздуха=28.84 кг/моль

µ1=

YO2=

CO2=}1.65

CO2=}1.65

P∑=10=105 Па

Обезразмериваем величины (делим на T1 и умножаем на ):

Дано:

Т0- нашли без этилена

Ср1=8,5 кал/моль*

Срв=7 кал/моль*

Ср=а+вТ+с/Т2

Ср=11,5+11,25*10-3*1500-=28,2

С2Н4+(О2+3,76N2)=2CO2+2H2O+*N2+1,5С2Н4

Q=-(2,co2+,H2O-,C2H4)=-(-2*94,054-2*57,798+1,5*12,54-12,54)=297,434 ккал/моль

Оценим возможную температуру  продуктов сгорания

Т1=298+=2025 К

=

Подставим все значения:


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

61936. Народная праздничная одежда 19.59 KB
  Сообщение темы урока Учитель: Красочна и нарядна русская народная одежда. Рассказ учителя и беседа с учениками Учитель: Ребята представьте себе такую картину. Учитель: Какие простые имена вы можете назвать Ответ: Машенька Дуняша Аленушка...
61937. Оркестрова інтермедія написана Миколою Римським-Корсаковим 15.75 KB
  Ласкавинки посилаємо Працювати починаємо Перевірка готовності до уроку Любі діти сьогодні на уроці вам нічого не знадобиться тож відкладіть усе зайве сядьте рівнесенько і налаштуйтесь на плідну працю Повідомлення теми і мети уроку Вступне слово вчителя...
61938. Русская классическая музыка 17.12 KB
  Она ему так понравилась что он ее использовал в своем более крупном произведении который называется Концерт может кто-то скажет что такое концерт ответы детей Это произведение в котором солист и оркестр как бы соревнуются между собой.
61939. Методические особенности использования музыки на уроках физкультуры в школе 14.77 KB
  Лучше всего этим требованиям отвечают учебные задания выполняемые учащимися во время разминки во вводной части урока во время совершенствования ранее изученных упражнений и специальных двигательных навыков в основной части а также во время выполнения...
61940. Формирование общественного мнения отделением информации и общественных связей Управления внутренних дел по Владимирской области 412 KB
  Основная цель дипломной работы заключается в комплексном социологическом исследовании связей с общественностью органов внутренних дел как функции управления, а также выработке научно-практических рекомендаций, направленных на повышение эффективности деятельности пресс-службы органов внутренних дел Владимирской области посредствам формирования развитой системы социальных коммуникации.
61941. На пороге Экологической катастрофы 31.88 KB
  Цели: расширить представление детей о взаимосвязях в природе, о способах сохранения и оказания помощи природе; ознакомить с фактами уничтожения природы в России; способствовать формированию положительной нравственной оценки таких качеств личности, как экологическая культура, экологическая грамотность...