Расчеты на персональных компьютерах
С помощью программы STR, использующей встроенные программы и банк данных, а также стандартных пакетов Excel и Mathcad рассчитывают:
· константу равновесия по термодинамическим данным;
· равновесную степень превращения ХА*;
· теплофизические параметры смеси при заданных условиях ХТП;
· тепловые эффекты реакций;
· материальные и тепловые балансы процессов;
· основные параметры реакторов при различных условиях теплообмена.
Порядок работы
* На диске Е выбрать директорию STR. Запустить программу файлом <1.bat>;
* после запуска программы на экране появится меню системы, каждый пункт которого содержит ряд подпрограмм, соответствующий тому или иному виду расчетных заданий.
4.1. Расчет Кр
В пункте меню <Расчет констант химического равновесия> ввести условия задачи, а именно:
* в режиме <Реакция> записать соответствующее стехиометрическое уравнение и после нажатия клавиши <Enter> ввести данные о потоке и среде в соответствии с условием задачи (рис.4.1, 4.2 Приложения 4);
* получить результат расчета в виде таблицы данных (рис.4.3 Приложения 4);
Задача 1
Получить зависимости Кр=f(T,Р) для процесса окисления сернистого ангидрида 2SO2+О2Û2SO3+Qизаписатьаппроксимацию функцию Кр=f(T) при условиях:
* температурный интервал - 400-600оС с шагом 100 градусов;
* диапазон давлений - 1-9 атм с шагом 2 атм;
* cостав реакционной смеси (мол. доли): SO2-0,5536; О2 - 0,2679, SО3-0,1785.
Решение
Выполнить действия по п.4.1. Получить данные в табл.4.1.
Таблица 4.1.
Расчет константы равновесия
| Т=400 0С Идеальная Kp=0,27096×106, ат-0,5 | |||
| Состав | мол.% | Р, ат | Неид. Кр×10-6, ат-0,5 |
| SO2 | 55,36 | 0,27131 | |
| O2 | 26,79 | 0,27203 | |
| SO3 | 17,86 | 0,27275 | |
| 0,27348 | |||
| 0,27420 | |||
| Т=500 0С Идеальная Kp=3097,1, ат-0,5 | |||
| Состав | мол.% | Р, ат | Неид. Кр, ат-0,5 |
| SO2 | 55,36 | 3099,8 | |
| O2 | 26,79 | 3105,0 | |
| SO3 | 17,86 | 3110,3 | |
| 3115,5 | |||
| 3120,8 | |||
| Т=600 0С Идеальная Kp=101,4, ат-0,5 | |||
| Состав | мол.% | Р, ат | Неид. Кр, ат-0,5 |
| SO2 | 55,36 | 101,48 | |
| O2 | 26,79 | 101,55 | |
| SO3 | 17,86 | 101,71 | |
| 101,82 | |||
| 101,93 |
Пример оформления результатов в программе Excel приведен ниже.
4.2. Расчет равновесной степени превращения ХА*
Расчет ХА* провести по уравнению (1.21). Для этого необходимо:
· вызвать программу Excel;
· ввести состав, стехиометрические коэффициенты и Кр, рассчитанную для данных Т и Р;
· ввести в свободную ячейку В24 формулу (1.29) в виде, пригодном для решения;
· выбрать в меню <Сервис> команду <Поиск решения > и указать в качестве целевой функции "Y"(B24) ячейку с формулой для расчета ХА*;
· в режиме <Поиск решения> установить минимальное значение "0". В окно <Изменяя ячейки> ввести номер ячейки с начальным приближением (для ХА* рекомендуется значение 0,5). В окно <Ограничения> ввести пределы изменения 0,01£ХА*£ 0,99.
· получить значение ХА*. Выражение для расчета по уравнению (1.21) ввести в ячейку С10 (см. таблицу).
| Реакция: 2SO2 + O2 = 2SO3 | ||||||||||
| А | B | C | D | E | ||||||
| n SO2= | 0,45 | n SO2= | Р, атм | |||||||
| nO2= | 0,55 | nO2= | Т,0С= | |||||||
| n SO3= | n SO3= | Кр= | 55,652 | |||||||
| Dn =2-(1+2) | -1 | |||||||||
| X | Y=0 | |||||||||
| 0,8804 | -6,4E-07 | |||||||||
|
| ||||||||||
Задача 2
Получить зависимость констант скорости k, константы равновесия Кр и равновесной степени превращения ХА* от Т и для процесса окисления сернистого ангидрида 2SO2+О2Û2SO3+Qв температурном диапазоне 400-520оС при давлении 1 ат; состав реакционной смеси: nSO2-0,45; nO2 - 0,55, nSO3-0,0. Средствами Excel выполнить графическую обработку данных в координатах Кр ,k, ХА*=f(T) и аппроксимировать зависимости соответствующими уравнениями. При построении графиков выбрать режим <Точечная диаграмма> и флажок <Вывести уравнение>.
Решение
Рассчитать значения Кр и ХА* как показано выше. Из справочника [12] взять значения константы скорости k1. Пример оформления температурной зависимости константы скорости при помощи программы Excel приведен ниже.
| T | k | ||||||||
| 0,12 | 
| ||||||||
| 0,26 | |||||||||
| 0,47 | |||||||||
| 0,89 | |||||||||
| 1,02 | |||||||||
| 1,18 | |||||||||
| 1,53 | |||||||||
| 1,54 | |||||||||
| 1,74 | |||||||||
| 1,97 | |||||||||
| 2,23 | |||||||||
| 2,5 | |||||||||
| 2,81 | |||||||||
|
| |||||||||
| T | Kp | XA* | |||||||
| 520,74 | 0,957 | 
| |||||||
| 315,71 | 0,945 | ||||||||
| 179,05 | 0,929 | ||||||||
| 126,27 | 0,917 | ||||||||
| 82,89 | 0,899 | ||||||||
| 55,65 | 0,88 | ||||||||
| 38,14 | 0,859 | ||||||||
|
|