Характеристика прозрачной жидкости, являющейся сильнейшей из карбоксильных кислот. Аналитический обзор муравьиной кислоты. Изучение способов её получения. Составление материального, теплового баланса, рассмотрение кинетики и равновесия процесса.
Аннотация к работе
Синтез муравьиной кислоты первым смог осуществить Ж.Гей-Люссак - химик из Франции. Сегодня в производстве муравьиной кислоты применяется подобная технология. карбоксильный муравьиный кислота кинетика Муравьиная кислота присутствует не только в выделениях муравьев. Она содержится в ветках, листочках крапивы, которые за счет ее присутствия вызывают сильнейшее жжение на коже, в фруктах, хвое. В Европе вещество применяется для заготовки кормов, как консервант, антибактериальный препарат.Муравьиную кислоту получают последовательным окислением метанола кислородом воздуха сначала в присутствии оксидного железо-молибденового или железо-хром-молибденового катализатора до формальдегида при 260 - 380ОС с использованием секционного реактора, сочетающего трубчатую и адиабатическую секции. Затем доокисление ведут в трубчатом секционном реакторе при 100 - 150ОС в присутствии ванадий - титанового, или ванадий-титан-фосфорного, или олово-молибденового катализатора до муравьиной кислоты. Наиболее перспективным представляется процесс получения муравьиной кислоты карбонилированием метанола с последующим гидролизом метилформиата [1] однако в нашей стране этот процесс не реализован. Известно каталитическое превращение метанола в формальдегид [4] известно также, что формальдегид можно окислить в муравьиную кислоту[5]. Эта задача решается путем осуществления процесса получения муравьиной кислоты в две стадии: окисления метанола до формальдегида, обеспечивая практически полное превращение метанола путем использования оксидного катализатора, и окисление формальдегида, образующегося на первой стадии, до муравьиной кислоты.Рассчитать материальный баланс, значит найти мольные, массовые, объемные потоки каждого вещества в отдельности на входе и на выходе.
План
Содержание
Введение
1. Аналитический обзор
2. Цели и задачи
3. Основная часть
3.1 Материальный баланс
3.2 Равновесие
3.3 Кинетика
3.4 Время контакта для РИВ и РПС
3.5 Тепловой баланс
Список литературных источников
Введение
Синтез муравьиной кислоты первым смог осуществить Ж.Гей-Люссак - химик из Франции. Для этого он использовал синильную кислоту. Впоследствии в 1855 М. Бертло разработал схему синтеза угарного газа. Сегодня в производстве муравьиной кислоты применяется подобная технология. карбоксильный муравьиный кислота кинетика
Муравьиная кислота присутствует не только в выделениях муравьев. Она содержится в ветках, листочках крапивы, которые за счет ее присутствия вызывают сильнейшее жжение на коже, в фруктах, хвое.
Вещество представляет собой прозрачную жидкость, являющуюся сильнейшей из карбоксильных кислот. Область ее применения обширна: Заготовка кормов;
Антибактериальное средство;
Заготовка птичьего мяса;
Выделка кожи;
Бумажная, текстильная промышленность;
Фармацевтическое производство;
Молочное производство.
В Европе вещество применяется для заготовки кормов, как консервант, антибактериальный препарат. Им сбрызгивают силос, сено, чтобы предотвратить преждевременные процессы гниения. При производстве птичьего мяса вещество используется для уничтожения бактерий, таких как сальмонелла. В пчеловодстве кислота применяется для уничтожения клещей.
Обширное применение вещество нашло в таких отраслях как текстильная, кожаная промышленность. Посредством нее обрабатывается кожа, окрашиваются ткани.
В медицинской отрасли кислота используется в виде спиртов, растворов, различных производных - солей, эфиров. Также она имеется в составе многих медицинских бальзамов, мазей, кремов. Посредством них лечатся вывихи, ушибы, сосудистые болезни, патологии крови. Кислота опасна и уровень ее вреда зависит от концентрированности. В сильных концентрациях она едкая, сильно пахнущая, с легким дымком, источаемым с поверхности. При его вдыхании могут наблюдаться отравления. При попадании на кожный покров вещество приводит к образованию волдырей, ожогов. Ею можно серьезно травмировать глаза, слизистую, дыхательные пути, горло. При попадании вещества на кожу следует немедленно обработать участок водой. Даже в небольшом количестве оно причиняет сильнейшую боль. Кожа начинает белеть, потом становится похожей на воск. Через некоторый период боль стихает, а на кожном покрове появляется корка толщиной до нескольких миллиметров. Рана заживает через несколько недель.
Список литературы
Рассчитан материальный баланс процесса, получены мольные, массовые и объемные потоки каждого из веществ, и на входе и выходе реактора. Правильность расчета проверяется из условия , которое выполнилось.
3.2 Равновесие
Исходные данные:
Коэффициент изменения числа молей:
Текущие мольные доли:
Парциальные давления компонентов, вычисленные по закону Дальтона:
Константы скорости прямой реакции и равновесия:
Функция, характеризующая состояние равновесия:
Корни уравнения:
Равновесный состав системы:
Рисунок 2 - График зависимости константы равновесия от температуры
Рисунок 3 - График зависимости равновесной степени превращения от температуры
Рисунок 4 - График зависимости равновесной степени превращения от давления
Рисунок 5 - График зависимости мольных долей от температуры
Рисунок 6 - График зависимости мольных долей от давления
Вывод: Данная реакция экзотермическая, т.е. прямая реакция идет с выделением тепла, поэтому константа равновесия уменьшается.
По принципу Ле Шателье-Брауна равновесие данной реакции будет смещаться в сторону исходных веществ, следовательно, их концентрация увеличивается, а концентрация продуктов реакции уменьшается. Это значит, что степень превращения будет уменьшаться, как показано на рис.3.
Так как реакция идет с уменьшением числа молей т.е ( ), то с увеличением давления степень превращения будет увеличиваться - это видно из рис.4.
3.3 Кинетика
Исходные данные:
Коэффициент изменения числа молей:
Текущие мольные доли:
Парциальные давления компонентов, вычисленные по закону Дальтона:
Константы скорости прямой реакции и равновесия:
Скорость химической реакции:
Рисунок 7 - График зависимости скорости химической реакции от температуры при разном давлении
Рисунок 7а - График зависимости скорости химической реакции от температуры при разной степени превращения
Рисунок 8 - График зависимости скорости прямой, обратной реакций и скорости химической реакции от температуры
Рисунок 9 - График зависимости скорости прямой, обратной и химической реакций от давления
Рисунок 9а - График зависимости скорости прямой, обратной и химической реакций при разных температурах от давления
Рисунок 10 - График зависимости скорости прямой, обратной и химической реакций от степени превращения
Вывод: Повышение температуры будет способствовать смещению равновесия в сторону исходных веществ, и уменьшению скорости химической реакции, такой вывод сделан из рисунков 7 и 7а.
На рисунке 8 видно, что зависимость обратной скорости от температуры больше чем прямой скорости, так как реакция экзотермическая.
Повышение давления будет способствовать увеличению скорости прямой реакции, а значит и скорости химической реакции в целом, рисунок 9.
Повышение степени превращения способствует увеличению скорости обратной реакции, и снижению скоростей прямой реакции и химической реакции в целом, рисунок 10.
3.4 Тепловой баланс
Энергетический или тепловой баланс реактора составляется на основе закона сохранения энергии в соответствии, с которым сумма в замкнутой системе постоянна:
Исходные данные:
К
К
Теплота, поступающая в реактор:
Теплота потерь:
Тепловой эффект реакции:
Теплота химической реакции:
Теплота теплообменного устройства т.к. данная реакция экзотермическая, то Qt.о будет иметь отрицательное значение:
Температура при выходе из реактора:
Вывод: Тепловой баланс реактора:
Список литературных источников
1. http://bankpatentov.ru/node/318196
2. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. -М.: Химия, 1988. - 592с.
3. Юкельсон И.И. Технология основного органического синтеза. - М.: Химия, 1968. - 846с.
4. Березин Б.Д. Курс современной органической химии: Учеб. пособие для студ. вузов, обуч. по хим.-технол. спец./ Березин Б.Д., Березин Д.Б.-М.:Высшая школа,2001.-768 с.
5. Болесов И.Г., Зайцева Г.С. Карбоновые кислоты и их производные (синтез, реакционная способность, применение в органическом синтезе). Методические материалы по общему курсу органической химии. Выпуск 5. Москва 1997 г.