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

48602. Система регулирования давления пара перед турбиной 4.04 MB
  Пар для турбин тепловых электрических станций вырабатывается паровыми котлами, которые подразделяют на барабанные и прямоточные. Рассмотрим процесс производства пара в барабанных котлах.
48603. РОЗРОБКА АВТОМАТИЧНОГО ПРИСТРОЮ 120.5 KB
  Розробка схем елементів автоматичного пристрою. Розробка комбінаційних схем. Розробка комбінаційних схем
48604. Проектування автоматичного пристрою 1.54 MB
  КИЇВ – 2006 НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ КАФЕДРА Обчислювальної техніки ЗАВДАННЯ на курсову роботу з дисципліни: Комп’ютерна електроніка Виконала: Кадет Марія Василівна Група 201 Факультет ФКС Тема проекту “Розробка автоматичного пристрою†Вхідні дані: серія мікросхем елементна база структурна схема Завдання видано Термін здачі проекту Керівник Андрєєв В. Тригер це запам’ятовуючий елемент з двома стійкими станами котрі змінюються під дією вхідних сигналів. Тригери що...
48605. Анализ предприятия торгово-бытового обслуживания “Универсам” 78.5 KB
  Кладка стен выполнить из глиняного каркасного кирпича М75 на цементнопесчаном растворе М50 толщиной 640мм с утеплителем – пеноизол группы Л24. Кирпичные перегородки выполнить толщиной 120мм из каркасного кирпича М50 на растворе М25 под штукатурку армировать через три ряда кладки по высоте. Стойки козырьков выполнить из металлических труб грунтовать ГФ21 окрасить эмалью по металлу колер RL 5005серый. Экраны козырьков выполнить из панелей фасадной ПФ1А фирмы â€ИНСИ†колер RL 1014.
48606. Проектування комп’ютерної мережа 231 KB
  Класифікація комп’ютерних мереж По ступеню розсередження комп’ютерні мережі поділяються на локальні регіональні і глобальні. Локальні мережі поєднують компютери що розташовані недалеко один від одного. Регіональні обчислювальні мережі розташовуються в межах визначеного територіального регіону групи підприємств міста області і т. Регіональні обчислювальні мережі мають багато спільного з ЛОМ але вони по багатьох параметрах більш складні і комплексні.
48607. Расчет состояния рабочего тела и энергетических характеристик газотурбинного двигателя 425 KB
  В результате работы определены: характеристики воздуха на заданной высоте полета оптимальная степень сжатия воздуха в компрессоре состав продуктов сгорания и основные параметры в характерных точках цикла. Условные обозначения индексы Определение характеристик воздуха на заданной высоте полета Определение кopt оптимальной степени сжатия в компрессоре Определение коэффициента избытка воздуха Расчет состава продуктов сгорания адиабатное сжатие воздуха в...
48608. РОЗРАХУНОК СТІЙКОСТІ ГЕНЕРАТОРІВ, ДВИГУНІВ І ВУЗЛІВ НАВАНТАЖЕННЯ 984.5 KB
  Робота з пакетом прикладних програм проводиться у діалоговому режимі, оскільки результати розрахунків, отримані за допомогою одних програм, служать вхідною інформацією для інших
48610. Структуры магистральной, вертикальной и горизонтальной подсистем варианта СКС 306 KB
  Анализ технических требований выбор архитектуры локальной вычислительной сети.2 Выбор архитектуры локальной вычислительной сети8 4. Выбор и определение структуры технических средств локальной вычислительной сети альтернативные варианты построения логической структуры сети.2 Альтернативные варианты построения сети.