工艺学自由基计算题.ppt

自由基机理题 例：试以丙烷裂解为例，阐述烃类裂解的自由基反应机理，计算600℃,700℃，800℃，900℃，1000℃下丙烷裂解生成物的组成，并绘出裂解温度-乙烯（丙烯）组成的曲线各氢原子的相对反应速度已给出）温度/℃伯氢原子仲氢原子叔氢原子温度/℃伯氢原子仲氢原子叔氢原子30013.03380011.76.360012.01090011.655.6570011.97.8100011.65.02021/3/101CH3-CH2-CH3→·C2H5+·CH3·C2H5→CH2=CH2+·H1.自由基机理自由基机理（（1）链引发：）链引发：（（2）链增长：）链增长：判断反应途径：n=3，为奇数，反应途径为（n+1）/2=2，即有两个反应途径2021/3/102途径一：甲基自由基·CH3夺取丙烷分子中的伯氢原子·CH3+CH3-CH2-CH3→CH4+·CH2-CH2-CH3·CH2-CH2-CH3不稳定，发生分解反应：·CH2-CH2-CH3→CH2=CH2+·CH3反应结果：C3H8→CH2=CH2+CH42021/3/103途径二：氢自由基夺取丙烷分子中的仲氢原子·H+ CH3-CH2-CH3→H2+CH3-C·H-CH3H2+CH3-C·H-CH3不稳定，发生分解CH3-C·H-CH3 →CH2=CH-CH3+·H反应结果：C3H8→CH2=CH-CH3+H2（（3）链终止：）链终止：·H+ +·H→H2·CH3+·CH3→C2H6氰基和甲基的活性是一样的2021/3/104不同温度下的烃分子数温度/℃3006007008009001000m11x6=61x6=61x6=61x6=61x6=61x6=6M23x2=62x2=41.9x2=3.81.7x2=3.41.65x2=3.31.6x2=3.2m12109.89.49.39.2总反应方程式： m1 C3H8→m1C2H4+m1CH4 m2 C3H8→m2C3H6+m2H2 （m1+m2）C3H8→m1C2H4+m1CH4+m2C3H6+m2H2结论：不同的反应温度对应的参加反应的分子总数不同。

2021/3/1052.一次产物分布600℃一次反应的产物分布数据表组分C2H4C3H6CH4H2合计mi646420mi%30203022100Mi284216288miMi168168968440miMi%38.238.221.81.81002021/3/106组分C2H4C3H6CH4H2合计mi63.863.819.6mi%30.619.430.619.4100Mi284216288miMi168159.6967.6432.2miMi%38.936.922.21.899.8700℃一次反应的产物分布数据表2021/3/107同样，分别计算出800,900，1000℃下的一次反应产物的分布数据表（略），最后得出个温度下乙烯和丙烯的组成：温度/℃ 6007008009001000C2H438.239.040.641.141.5C3H6380237.034.533.933.2一次反应产物的产品分布数据表2021/3/1083.绘出裂解温度-乙烯（丙烯）组成的曲线2021/3/109裂解炉C2H6 98%C2H4 1%C3H6 1%H2 32.97%CH4 3.63%C2H4 32.2%C2H6 29.44%C3H6 0.71%C3H8 0.27%C4H8 0.47%C5H12 0.31%2021/3/1010 设原料气的物质的量为n1，裂解气为n2。

1)由碳元素守衡可得： 2*0.98*n1+2*0.01*n1+3*0.01*n1=0.0363*n2+2*0.322*n2+2*0.2944*n2+3*0.0071*n2+3*0.0027*n2+4*0.0047*n2+5*0.0031*n2所以 n2/n1=1.51则体积增大率=(n2-n1)/n1=51%(2)乙烷转化率=（转化的乙烷量）/（原料中乙烷量） =（0.98*n1-0.2944*n2/(0.98*n1) =54.64%2021/3/1011乙烯选择性=（乙烷转化为乙烯量）/(转化了的乙烷量) =（0.322*n2-0.01*n1/(0.98*n1- 0.2944*n2) =88.94%乙烯收率=（乙烷转化为乙烯量）/(原料中乙烷量) =（0.322*n2-0.01*n1）/(0.98*n1) =48.59%(3)原料平均分子量 M=0.98*30+0.01*28+0.01*42=30.1原料物质的量n1=100*1000/30.1=3322.3 mol则，裂解气物质的量n2=1.51*n1=5106.6 mol乙烯的量为=0.322*5016.6*28=45.2 kg2021/3/1012假设原料气为100mol，得下列物料衡算表（按要求加组成）2021/3/1013。