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 Х_А*;

· 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 К_р

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 К_р=f(T,Р) для процесса окисления сернистого ангидрида 2SO₂+О₂Û2SO₃+Q изаписатьаппроксимацию функцию К_р=f(T) при условиях:

* температурный интервал - 400-600^оС 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 Х_А*

Расчет Х_А* провести по уравнению (1.21). Для этого необходимо:

· вызвать программу Excel;

· ввести состав, стехиометрические коэффициенты и К_р, 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 Х_А^*;

· в режиме <Поиск решения> установить минимальное значение "0". В окно <Изменяя ячейки> ввести номер ячейки с начальным приближением (для Х_А^* рекомендуется значение 0,5). В окно <Ограничения> ввести пределы изменения 0,01£Х_А^*£ 0,99.

· получить значение Х_А^*. 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 К_р и равновесной степени превращения Х_А* от Т и для процесса окисления сернистого ангидрида 2SO₂+О₂Û2SO₃+Q в температурном диапазоне 400-520^оС при давлении 1 ат; состав реакционной смеси: n_SO2-0,45; n_O2 - 0,55, n_SO3-0,0. Средствами Excel выполнить графическую обработку данных в координатах К_р,k, Х_А^*=f(T) и аппроксимировать зависимости соответствующими уравнениями. При построении графиков выбрать режим <Точечная диаграмма> и флажок <Вывести уравнение>.

Решение

Рассчитать значения К_р и Х_А* как показано выше. Из справочника [12] взять значения константы скорости k_1. 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