Παραγωγή CH 3 I από CΗ 3 ΟΗ με ανακύκλωση ΗI CH 3 I παρασκευάζεται με κατεργασία 2000 kg/d υδροιωδικού οξέος (HI) με περίσσεια μεθανόλης (CH 3 OH) σύμφωνα με το διάγραμμα ροής που απεικονίζεται στο παρακάτω σχήμα. H χημική αντίδραση της σύνθεσης περιγράφεται από την παρακάτω εξίσωση: HI(l) + CH 3 OH(l) = CH 3 I(l) + H 2 O(l) To προϊόν περιέχει 81.6% CH 3 I και μεθανόλη που δεν αντέδρασε, ενώ τα απόβλητα περιέχουν 82.6% υδροιωδικό οξύ (HI) και 17.4% νερό (Η 2 Ο). Αν ο βαθμός μετατροπής του υδροιωδικού οξέος (HI) είναι 40%, υπολογίστε: 1. Την ημερήσια κατανάλωση της μεθανόλης 2. Την ποσότητα του υδροιωδικού οξέος (HI) που καταναλώνεται 3. Την ποσότητα και τη σύσταση του κάθε ρεύματος της διεργασίας 4. Την επίδραση του βαθμού μετατροπής του υδροιωδικού οξέος (HI) στην ποσότητα του ρεύματος ανακύκλωσης

Ατελής καύση μίγματος αιθανίου – οξυγόνου περίσσεια αέρα Παραγωγή CH 3 I από CΗ 3 ΟΗ με ανακύκλωση ΗI

Δεδομένα του προβλήματος Παραγωγή CH 3 I από CΗ 3 ΟΗ με ανακύκλωση ΗI

Σταδιο 1: Κατασκευή διαγράμματος Ροής; Στάδιο 2:Αρίθμηση ρευμάτων Στάδιο 3:Σημείωση όλων των διαθέσιμων στοιχείων στο διάγραμμα Παραγωγή CH 3 I από CΗ 3 ΟΗ με ανακύκλωση ΗI

Στάδιο 3: Σημείωση όλων των διαθέσιμων στοιχείων στο διάγραμμα Mερικές Πράξεις δεν βλάπτουν Παραγωγή CH 3 I από CΗ 3 ΟΗ με ανακύκλωση ΗI

Η επίλυση του προβλήματος θα στηριχθεί στην επίλυση του συστήματος των εξισώσεων που προκύπτουν α) από το ισοζύγιο μάζας των εμπλεκομένων συστατικών β) από τη στοιχειομετρία της χημικής αντίδρασης γ) από τους περιορισμούς και τα δεδομένα του προβλήματος και δ) από τις εξισώσεις των συστατικών των ρευμάτων. η σύνδεση των διάφορων ποσοτήτων των ρευμάτων τις διεργασίας. Παραγωγή CH 3 I από CΗ 3 ΟΗ με ανακύκλωση ΗI

Ισοζύγιο μάζας: Μπορούν να γίνουν πολλά Ισοζύγια Παραγωγή CH 3 I από CΗ 3 ΟΗ με ανακύκλωση ΗI Ας επιλέξουμε το ολικό ισοζύγιο 1

Στάδιο 4: Εξισώσεις ισοζυγίων μάζας Προσοχή!!!!! αφού στο σύστημα συμβαίνει χημική αντίδραση το ισοζύγιο μάζας των συστατικών συμφέρει να γίνει σε kmoles/h Τα συστατικά που εμπλέκονται στο πρόβλημα είναι τέσσερα: το CΗ 3 Ι (l), το HI (l), το CH 3 OH (l), και το Η 2 Ο (l). Οι ανεξάρτητες εξισώσεις ισοζυγίων μάζας που μπορούν να γραφούν είναι όσες και τα συστατικά Παραγωγή CH 3 I από CΗ 3 ΟΗ με ανακύκλωση ΗI Iσοζύγιο μάζας συστατικών σε kmol/h:

Στάδιο 4: Εξισώσεις ισοζυγίων μάζας Iσοζύγιο μάζας συστατικών σε kmol/h: Προσοχή !!!!! Στις μηδενικές μεταβλητές Παραγωγή CH 3 I από CΗ 3 ΟΗ με ανακύκλωση ΗI

Στάδιο 4: Εξισώσεις ισοζυγίων μάζας Επομένως οι εξισώσεις απλοποιούνται στις: Παραγωγή CH 3 I από CΗ 3 ΟΗ με ανακύκλωση ΗI

Με βάση τις χημικές αντιδράσεις προκύπτουν οι εξισώσεις: Παραγωγή CH 3 I από CΗ 3 ΟΗ με ανακύκλωση ΗI

Bαθμός Μετατροπής: Το ποσοστό του αντιδρώντος που έχει μετατραπεί σε προϊόν Παραγωγή CH 3 I από CΗ 3 ΟΗ με ανακύκλωση ΗI

Bαθμός Μετατροπής: Το ποσοστό του αντιδρώντος που έχει μετατραπεί σε προϊόν Παραγωγή CH 3 I από CΗ 3 ΟΗ με ανακύκλωση ΗI Iσοζύγιο μάζας συστατικών σε kmol/h: Εξίσωση από Bαθμός Μετατροπής:

Σύσταση Ρευμάτων: Παραγωγή CH 3 I από CΗ 3 ΟΗ με ανακύκλωση ΗI Iσοζύγιο μάζας συστατικών σε kmol/h: Αλλά x f3A είναι η γραμμομοριακή σύσταση των ρευμάτων την οποία δεν γνωρίζουμε. Γνωρίζουμε όμως την κατά βάρος σύσταση x w3A. Mπορούμε να υπολογίσουμε από την κατά βάρος σύσταση τη γραμμομοριακή ;;;; Πώς ;;;

Σύσταση Ρευμάτων: Παραγωγή CH 3 I από CΗ 3 ΟΗ με ανακύκλωση ΗI Mπορούμε να υπολογίσουμε από την κατά βάρος σύσταση τη γραμμομοριακή ;;;; Πώς ;;;

Παραγωγή CH 3 I από CΗ 3 ΟΗ με ανακύκλωση ΗI Απλοποίηση: Oι εξισώσεις αυτές έχουν μία μεταβλητή άρα αυτή μπορεί να υπολογιστεί και να θεωρηθεί διδόμενη μεταβλητή

Παραγωγή CH 3 I από CΗ 3 ΟΗ με ανακύκλωση ΗI Τελικό Σύστημα και Βαθμοί Ελευθερίας

Υπάρχει όμως μεταβλητή που περιέχεται σε μία μόνο εξίσωση Δεν υπάρχει εξίσωση που να περιέχει Μία μόνο μεταβλητή Παραγωγή CH 3 I από CΗ 3 ΟΗ με ανακύκλωση ΗI

Διαγράφουμε τις εξισώσεις που περιέχουν μία μόνο μεταβλητή και τις αντίστοιχες μεταβλητές Υπάρχουν εξισώσεις που δεν μπορούν να διαγραφούν Αυτές αποτελούν σύστημα και πρέπει να επιλυθούν μαζί

Παραγωγή CH 3 I από CΗ 3 ΟΗ με ανακύκλωση ΗI Με διαδοχικές αντικαταστάσεις έχουμε:

Παραγωγή CH 3 I από CΗ 3 ΟΗ με ανακύκλωση ΗI Επίλυση αντίστροφη στη σειρά διαγραφής Επίλυση Συστήματος Εξισώσεις υπολογισμού γραμμομοριακών περιεκτικοτήτων από την κατά βάρος σύσταση

Παραγωγή CH 3 I από CΗ 3 ΟΗ με ανακύκλωση ΗI