APLICAŢII TEHNOLOGICE ALE REACŢIILOR DE HIDROGENARE ŞI REDUCERE

Bibliografie

Dr.ing. Florian Urseanu, dr.ing. Corneliu Tãbãrãşanu-Mihãilã, ing. Grigore Bozga, Probleme de chimie şi tehnologie chimicã, Editura tehnicã Bucureşti, 1978

1./ 2.pag 290 Se hidrogeneazã discontinuu adiponitril, la 1000C şi 600 at utilizând un catalizator pe bazã de cobalt. Ştiind cã randamentul de formare a hexametilendiaminei este 97%, atunci când masa de reacţie conţine NH3 (10% din masa nitrilului), se cere: 1) Volumele (c.n.) de amoniac şi hidrogen necesare pentru hidrogenarea unei tone de adiponitril, ştiind cã se utilizeazã un exces de 400 % hidrogen, faţã de cantitatea stoechiometricã necesarã. 2) Cantitatea de hexametilendiaminã rezultatã dintr-o tonã de adiponitril.

Informaţii despre hexametilendiamina
http://en.wikipedia.org/wiki/Hexamethylenediamine
http://andrefrancia1.blogspot.ro/2013/04/poliamida-dr.html

Rezolvare

NC-(CH2)4 – CN + 4 H2 = H2N – (CH2)6 – NH2

Notãm:
m1= masa adiponitril=1t=1000kg
m2= masa de hidrogen consumatã în reacţie (kg)
exces hidrogen= 400 %
m2 = masa totalã de hidrogen ce intrã în reacţie: masa consumatã în reacţie şi excesul de 10% ( în plus) kg
m3 = masa de amoniac utilizatã= 10% din masa adiponitril (kg)
m4 = masa de hexametilendiaminã (kg) teoreticã-de pe reacţie
m4 = masa de hexametilendiaminã (kg) practic obţinutã-fiindcã sunt pierderi
η = randament în hexametilendiamidã = 97%
VNH3=volum de amoniac (c.n.) m3
VH2=volum de hidrogen total (c.n.) m3
Madiponitril NC-(CH2)4 – CN = 2AN+ 6AC +8AH=2.14+6.12+8.1= 108 g/mol
M H2 = 2AH = 2.1 =2g/mol
Mhexametilendiamida H2N – (CH2)6 – NH2   = 16AH+ 2AN+6AC= 16+28+72=116
MNH3 = AN + 3AH=14+3.1=17

Cerinţa 1

a) Se calculeazã masa de hidrogen ce reacţioneazã cu adiponitril, conform reacţiei chimice
1mol de NC-(CH2)4– CN……..reacţioneazã cu……..4moliH2
108g/mol…………………………………………………………..4.2g/mol
1000kg……………………………………………………………. m2
m2 = 1000kg.8g/mol/108 g/mol=74 kg

b)Se calculeazã masa de exces de hidrogen şi masa totalã de hidrogen ce intrã în reacţie(în reactor):
masa de exces :
100% hidrogen……………………400% în plus
74 kg hidrogen…………………… exces
exces= 74.400/100= 296 kg
masa de hidrogen totalã:
m2= masa consumatã în reacţie+ masa exces=74+296=370 kg

c) Se calculeazã volumul de hidrogen (c.n.)
1kmol de H2…….ocupã în C.N………………22,4m3
2 kg ………………………………………………22,4 m3
370kg…………………………………………………VH2
VH2 = 370.22,4/2= 4147 m3

d)Se calculeazã masa şi volumul de amoniac(c.n.)
m3 = (10/100).1000=100kg
1kmol de NH3…….ocupã în C.N………………22,4m3
17 kg ………………………………………………22,4 m3
100kg……………………………………………….VNH3
VNH3 =100.22,4/17= 131,76 m3

Cerinţa 2
a)Se calculeazã din reacţia chimicã masa de hexametilendiaminã, care reprezintã masa teoreticã:
1mol/g de NC-(CH2)4 – CN……..produce…………………….1mol/g H2N – (CH2)6 – NH2   
108g/mol…………………………………………………116g/mol
1000kg………………… m4
m4= 1000.116/108= 1074 kg= mt

b)Se calculeazã masa teoreticã de hexametilendiamida din formula matematicã a randamentului:
η = mp.100/ mt
97 = mp.100/ 1074
mp = 97.1074/100= 1041,78 kg

R:4147m3;131,76 m3;1041,78 kg

Obtaining synthetic gasoline from coal and hydrogen.Obtention de l’essence synthétique à partir du charbon et de l’hydrogène.

2 /4.pag.290 La hidrogenarea monoxidului de carbon cu hydrogen, la 3150C şi 16 at, în prezenţa unui catalizator de fier, rezultã cu un randament de 80% benzinã (amestec de alcani) cu cifra octanicã 80 %. Se cere:

5090551_f520

Fluxul tehnologic de transformare carbune in benzine sintetice

1) Sã se scrie reacţia generalã de preparare a alcanilor pe aceastã cale; 2) Sã se stabileascã raportul molar al ametecului gazos CO: H2 introdus în sintezã, ştiind cã se utilizeazã un exces de 50% hidrogen faţã de cantitatea stoechiometric necesarã(masa molecularã medie a amestecului de hidrocarburi este 114).3) Volumul metanului (c.n.) rezultat ca produs secundar/m3 gaze introduse în reactor, la o conversie utilã de 5% a CO în acesta.
ATENŢIE! Este un proces tehnologic de fabricarea benzinelor sintetice din cãrbune.
INFORMATII
http://en.wikipedia.org/wiki/Fischer%E2%80%93Tropsch_process
http://www.fischer-tropsch.org/
Lichefierea directă a cărbunelui este cunoscută şi sub numele de procesul Bergius sau procesul Pott-Broche; este un proces chimic prin care cãrbunele se transformă direct într-un amestec de hidrocarburi lichide numit petrol sintetic. Există mai multe variante de procesare. Toate acestea au în general operaţiile: dizolvarea cărbunelui într-un dizolvent la mare presiune şi temperatură, la care se adaugă hidrogen pentru a realiza hidro-cracarea în prezența unui catalizator. Produsul obţinut este un petrol sintetic ce necesită o rafinare, cu consum de hidrogen.
Nu trebuie să se confunde cu lichefierea indirectă, la care prima dată cãrbunele este transformat în gazului sintetic şi apoi prin hidrogenare este transformat în hidrocarburi lichide-este reacției Fischer-Tropsch.
“Procesul Fischer-Tropsch este o colecţie de reacţii chimice, care transformă un amestec de monoxid de carbon şi hidrogen în hidrocarburi lichide. Acesta a fost dezvoltat pentru prima dată de Franz Fischer şi Hans Tropsch la „Kaiser Wilhelm-Institut für Kohlenforschung „, în Mülheim an der Ruhr, Germania, în 1925. “

Rezolvare

Reacţia generalã este:
nCO + (2n+1)H2 = CnH2n+2 + nH2O
 
Notãm
Mamestec de hidrocarburi=114
η benzinã= 80%, cu cifra octanicã de 80%;
m p = masa practic obţinutã de benzinã cu randament de 80%;
m t = masa de bezinã teoretic obţiuntã, dacã nu sunt pierderi; ea se pune pe reacţie;
exces de H2 = 50% fatã de cantitatea stoechiometricã(de pe reacţie) ;
n CO= numãr de moli de CO
n H2 = numãr de moli de H2
m H2 = masa de H2
raportul molar CO : H2
v = volum gaze intrat în reactorul de hidrogenare (CO şi H2)=considerãm 1m3
Cu oxid de carbon în metan=5%
V CH4 = volumul de metan (L)

Rezolvare

Cerinţa 1
nCO + (2n+1)H2 = CnH2n+2 + nH2O

Cerinţa 2
1.Calculãm masa teoreticã de benzinã, dacã ştim masa practic obţinutã şi randamentul:

η benzinã = mp.100/mt; mt = m.100/80=1,25m

2.Vom calcula n din CnH2n+2, fiindcã este nevoie la calcularea numãrului de moli de hidrogen şi oxid de carbon:
M CnH2n+2 = 114
nAC + (2n+2)AH = 114; 12n+2n+2=114; 14n+2=114;14n=112;
n=112:14=8
Se observã din reacţia chimicã cã, dacã n=8, atunci:
 nCO + (2n+1)H2 = CnH2n+2 + nH2O

numãrul de moli de CO=8 moli
numãrul de moli de H2 =2.8+1=17 moli
Atenţie, avem 17 moli de H2 care se consumã în reacţie şi nu include excesul.

3.Calculãm numãrul de moli de hidrogen în exces şi numãrul total de moli de hidrogen, care intrã în procesul tehnologic.

Avem 50% exces de hidrogen fatã de cantitatea din reacţie, deci masa de hidrogen în exces este :
m H2 consumat în reacţie= 17 moli .2=34 g
m H2 exces = 34.50/100=17 g
Masa totalã de hidrogen este:
34 +17=51
Numãrul de moli de hidrogen :
n moli H2 = 51/2 = 25,5

Raportul molar :

moliCO : moliH2 =8 : 25,5= 1:3,1875

Cerinţa 3 Volumul metanului obţinut?
Avem reacţia :
CO + 3H2 = CH4 + H2O

a) Cu  raportul molar CO şi H2 şi volumul de gaze ce intrã în reactor se calculeazã volumul de CO:
1mol de CO+3,1875 moli H2=4,1875moli= 4,1875 volume molare(c.n)=4,1875.22,4L
Deci:
4,1875.22,4L de gaz………………………………………1.22,4L CO
1 m3………………………………………..V CO

VCO = 1m3.1.22,4L/ 4,1875.22,4L = 0,2388 m3

b) Se calculeazã numãrul de moli de CO care se transformã în CH4, la o conversie de 5%:

n CO/ CH4 = 5/100 . 0,2388/ 22,4= 0,00053 Kmoli CO
Din reacţie se observã cã: 1 mol de CO produce 1 mol de CH4 (sau kmol, dacã lucrãm cu m3).
Deci 0,00053 kmoli CO vor produce 0,00053 kmoli de CH4 şi un volum în condiţii normale de temperaturã şi presiune de:
V CH4= 0,00053.22,4 = 0,01194 m3 = 11,94 L

R: 1:3,1875 ; 11,94 L

Lasă un răspuns

Completează mai jos detaliile despre tine sau dă clic pe un icon pentru autentificare:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s