HSC-ohje laskuharjoituksen 1 tehtävälle 2

Transkriptio

1 HSC-ohje laskuharjoituksen 1 tehtävälle 2 Metanolisynteesin bruttoreaktio on CO 2H CH OH (3) 2 3 Laske metanolin tasapainopitoisuus mooliprosentteina 350 C:ssa ja 350 barin paineessa, kun lähtöaineena käytettävän synteesikaasun koostumus on 75 mol- % H 2 ja 25 mol-% CO. Kirjallisuudessa on annettu kaasumaisille komponenteille lämpötilassa 298 K 0 0 seuraavat ja arvot: H f G f 0 H f kj/mol 0 G f kj/mol CH 3OH -201,04-162,38 CO -110,52-137,27 H Oleta, että reaktioentalpia on lämpötilasta riippumaton. Komponenttien fugasiteettikertoimilla on seuraavat arvot: CO 1,0 1,2 H 2 CH3OH 0,48 Laske myös CO:n ja H 2:n tasapainokonversio. 1

2 Ennen kuin HSC avataan kannattaa vaihtaa Control panelin maa-asetuksista desimaalipilkku pisteeksi. Etsitään aineiden HSC-koodit (KL1a) klikkaa DATABASE-ikkunaa List Data 2

3 Find What: Chemical name kirjoitetaan englanniksi aineen nimi. HSCkoodi, jota käytetään myöhemmin laskuissa on taulukossa vasemmalla ylhäällä. Suluissa (l) tarkoittaa nestettä ja (g) kaasua. Mikäli ainetta ei löydy (oikeassa faasissa), klikataan Exit. Klikataan Edit Database 3

4 Kirjoitetaan ylös siniselle halutun aineen molekyylikaava (tai ainakin sinnepäin). Vaikka ainetta ei sellaisena kuin kirjoitit löytyisikään, menee vasemmalla oleva MainDB (database) todennäköisesti lähelle (Huom. Vaihda Read from: MainDB file). Sieltä löytyy HSC-koodit aineille oikeissa faaseissa. Laskennassa käytetty Entalpia-, entropia- ja lämpökapasiteettidata (H-S-C) on taulukossa. 4

5 Suljetaan ikkunoita, kunnes ollaan jälleen pääikkunassa. Klikataan Reaction Equations (KL1c). Kirjoitetaan HSC-koodeja käyttäen (ks. seuraava kuva) reaktioyhtälö. Balance Equation antaa automaattisesti stoikiometriset kertoimet. Vaihda Energy Units. 5

6 Aseta sopiva lämpötilaväli ja lämpötila-askel. Klikkaa Calculate ja poimi siletä oikeasta lämpötilasta halutut arvot. 6

7 Palataan päävalikkoon ja lasketaan tasapainopitoisuudet lämpötilan funktiona eri vakiopaineissa (KL1b) Equilibrium Compositions. Laskut voidaan tehdä myös painetta muuttamalla vakiolämpötilassa. New Input File (give Species) 7

8 Kaikki reaktioon osallistuvat aineet kirjoitetaan allekkain SPECIES Formula kolonniin. Lämpötilaan ei tarvitse puuttua. Amount kmol kohtaan kirjoitetaan syötön moolimäärät. Activity Coeff.- kohtaan ei kirjoiteta mitään, jos seos on ideaali. Lopuksi vasemmalta alhaalta aktivoidaan Options-ikkuna. Options-ikkunassa annetaan tasapainolaskennan pisteet. Tässä on laskettu vakiopaineessa 350 bar (suunnilleen atm) tasapinopitoisuus 41 eri lämpötilassa välillä ºC. (Kotilaskussa nämä laskelmat on toistettava neljä kertaa eri paineille. Lämpötilaväli on :ssä eri kohdassa.) Lopuksi Save ja itse numeeriseen laskuosioon klikkaamalla Gibbs. 8

9 Malli tallennetaan esimerkiksi omalle maa-levylle. Vaikka malli olisi oikein, saattaa HSC antaa pari huomautusta. No panic! Tai Huom. HSC:n versiossa 6.1 laskeminen saattaa jumittaa virheilmoitukseen, koska ei ole lisätty faasiriviä. Helpointa on sulkea ohjelma ja Open tallennettu tiedosto. Tässä vaiheessa HSC lisää automaattisesti faasirivin. Klikkaa Calculate. 9

10 Valitse ensin x-akseliksi lämpötila ja sitten y-akselille aineiden moolimäärät. Tuloksista voi valita joko kuvan tai taulukon. 10

11 Taulukossa on eri lämpötiloissa aineiden tasapainomoolimäärät. Kotilaskussa ne kannattaa kopioida Exceliin ja laskea siellä Haberin taulukkoa vastaava ammoniakin tasapainopitoisuus mol-%:na. Exceliin tulee myös kirjoittaa rinnan Haberin taulukon data ja lopuksi piirtää kuva. Yhteensä siis tehdään neljä kuvaa eri paineissa. Kotilasku 1. Haberin koetulokset annetaan pisteinä ja lasketut ammoniakin tasapainopitoisuudet viivana. Vinkki: Laskettujen ja koetulosten tulee olla lähes identtiset. Voit siis tarkastaa itse tuloksesi Haberin taulukosta. Tähän loppuu kotilaskuosuus. 11

12 HSC:llä voi laskea myös reaktion energiataseen (ei tasapainolaskentaa). INPUT-ikkunaan annetaan syötön moolimäärät ja lämpötila. Kaloreista eroon: valikosta Units - MJ 12

13 OUTPUT-ikkunaan vastaavasti tuotteelle. BALANCE-ikkuna laskee reaktorin lämmitys-/jäähdytystarpeen. 13

14 Ylävalikosta Calculate Element Balance tarkistaa, että atomeja on syötössä ja tuotteessa yhtä paljon. Ylävalikosta Calculate Temperature Balance laskee reaktioseoksen loppulämpötilan tai virtausreaktorille reaktiotuotteen lämpötilan, jos reaktori olisi adiabaattinen (täysin eristetty). 14