Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

БИЛЕТ №15 (1).

Читайте также:
  1. Билет (Виды информационного поиска) Виды информационного поиска
  2. Билет 1
  3. Билет 1
  4. Билет 1
  5. БИЛЕТ 10
  6. БИЛЕТ 10
  7. Билет 10

2) Оптимальный температурный режим осуществления обратимых экзотермических реакций. Способы осуществления оптимального температурного режима.

Подход к разработке оптимального температурного режима может быть различным в зависимости от типа химической реакции. Максимальная интенсивность реактора будет достигнута при проведении процесса с максимально возможной скоростью.

A↔(k1, k2) R

Скорость такой реакции wrA=k1*CA-k2*CR

или (1)

С одной стороны, как и скорость необратимой реакции, она зависит от константы скорости k1 и глубины химического превращения хА, а с другой – определяется степенью приближения реакционной системы к состоянию химического равновесия и значением предельно достижимой степени превращения в равновесных условиях хА,е.

Для обратимых экзотермических реакций: так как скорость реакции – функция нескольких переменных (как минимум Т и хА), то для анализа этой функции удобно использовать ее сечение при постоянстве всех переменных, кроме одной. Такой подход облегчает и задачу графического представления функции.

Рассмотрим два вида сечений функций wrA(xA, T): при постоянных значениях хА и при постоянных значениях Т.

Выберем некоторое значение хА1. Для этой степени превращения концентрация исходного реагента при протекании реакции A↔(k1, k2) R составит СА1А0(1-хА1), а концентрация продукта реакции СR1А0А1. С ростом температуры увеличивается константа скорости прямой реакции (растет сомножитель k1*CA0 в уравнении (1)), но одновременно уменьшается равновесная степень превращения хАе и при фиксированном значении хА1 система находится ближе к состоянию равновесия (уменьшится второй сомножитель в уравнении (1)). Таким образом, налицо два противоположных влияния.

Выберем несколько значений степени превращения.

Очевидно, что существует какая-то оптимальная температура Tmax1, при которой скорость реакции при заданной степени превращения является максимальной.

Оптимальную температуру найдем, пользуясь методами математического анализа – определение экстремума функции. Для этого продифференцируем скорость по температуре, считая концентрации САи СR постоянными, и приравняем производную нулю:

(∂wrA/∂T)=CA*k01*(E1/RT)exp(-E1/RT)-CR*k02*(E2/RT)exp(-E2/RT)=0

Tmax=(E2-E1)/[R*ln {k02*E2*xA/(k01*E1(1-xA))}]

xA↑ - Tmax

Соединив точки максимумов на различных сечениях wrA(T), получим линию оптимальных температур.

ЛОТ – линия оптимальных температур

Проведение процесса по линии оптимальных температур предполагает, что по мере увеличения степени превращения температуру в реакторе нужно уменьшать, чтобы скорость реакции всегда оставалась максимально возможной.

хА1>xA2>xA3

Оптимальный температурный режим.

wrA=f(T,xA)

Способы реализации оптимального температурного режима.

Оптимальный температурный режим невозможно осуществить в одиночном адиабатическом РИВ и в любом одиночном РИС.

А можно:

- одиночный РИВ

- КРИВ

- КРИС

Для эндотермических (обратимых и необратимых) реакций целесообразно химический процесс проводить в реакторах с подводом теплоты, причем желательно обеспечить достаточно равномерное распределение температуры по объему реактора. для проведения эндотермических реакций используют трубчатые реакторы.

1) РИВ

В этих аппаратах трубное пространство представляет собой реактор, в котором реагенты движутся в режиме вытеснения, а по межтрубному пространству проходит теплоноситель, например топочные газы.

Рис. Реактор с теплообменной трубой и температурный профиль по длине реактора.

После точки Тm происходит охлаждение, так как тепло отводится трубой.

Экзотермические реакции проводят либо в адиабатических условиях, либо в аппаратах с отводом тепла.

2) КРИВ

Каждая секция работает в адиабатическом режиме, и между секциями имеется промежуточное охлаждение.

3) КРИС

Рис. Схема КРИС с отводом теплоты в секциях каскада и зависимости хА (Т), характеризующие процесс в нем.

В каждом из реакторов поддерживается своя температура благодаря введению теплообменных поверхностей.

При осуществлении необратимых экзотермических реакций рост температуры приводит однозначно лишь к увеличению скорости процесса. для снижения энергетических затрат такие реакции выгодно проводить в автотермическом режиме, когда требуемая температура обеспечивается только выделяющейся теплотой химической реакции без подвода энергии извне.

Автотермичный процесс.

- отсутствие подвода тепла извне

Обратимые экзотермические реакции нужно проводить в соответствии с линией оптимальных температур, т.е. понижая температуру в аппарате по мере роста степени превращения реагентов. Такой режим неосуществим ни в адиабатических, ни в изотермических реакторах: при адиабатическом режиме рост степени превращения сопровождается выделением теплоты и разогревом, а не охлаждением реакционной смеси; при изотермическом режиме температура постоянна и не меняется с ростом степени превращения. Это можно осуществить в сложном реакторе вытеснения с отводом различного количества тепла на различных высотах.

Нестационарный теплообмен.

Используется принцип подачи холодной реакционной смеси в разогретый ректор. И по мере охлаждения катализатора фронт температуры сдвигается в направлении потока.

uфр. темпер. на 103 ниже скорости потока ū.

 

Рис. Схема адиабатического каталитического реактора с периодически переключающимися направлениями движения реакционной смеси.

I период: краны 1 и 4 – открыты

II период: краны 2 и 3 – открыты

Для стационарных условий:

3) Стадия сероочистки природного газа при получении технологического газа для синтеза аммиака. Физико-химические особенности процесса, технологический режим, аппаратурное оформление.

Принципиальная схема получения азотоводородной смеси.

1 – очистка СН4 от сернистых соединений

2 – трубчатая печь, паровая конверсия

3 – кислородная конверсия

4 – конверсия СО

5 – очистка СО и СО2

Присутствие сернистых соединений в технологических газах нежелательно. Во-первых, они являются сильнодействующими каталитическими ядами, во-вторых, вызывают коррозию аппаратуры.

природный газ ряда месторождений содержит значительное количество соединений серы – неорганических (сероводород) и органических (сульфидоксид углерода COS, сероуглерод CS2, тиофен, сульфиды, дисульфиды, меркаптаны RCH).

Чем больше молекулярная масса соединения, тем труднее оно удаляется из газа. Самый трудноудаляемый – тиофен.

Допустимое содержание сернистых соединений 1 мг/м3

В современных агрегатах синтеза аммиака применяют двухстадийную сероочистку.

1 стадия. Сераорганические соединения гидрируются с использованием алюмокобальтмолибденового (Al-Co-Mo) или Al-Ni-Mo катализатора при температуре 350-400 ᵒС и давлением 3-4 МПа.

RS+H2→H2S

CS2+4H2→2H2S+CH4

COS+H2→H2S+CO

2 стадия. Образовавшийся сероводород при температуре 390-410 ᵒС поглощается сорбентом на основе оксида цинка:

ZnO+H2S→ZnS+H2O

При повышенном содержании сернистых соединений в природном газе применяется очистка адсорбционным методом с использованием синтетических цеолитов (молекулярных сит). В их состав входят Na2O, Al2O3, SiO2. Сорбция осуществляется при температуре, близкой к комнатной. Регенерируют цеолиты при 300-400 ᵒС.

аппараты, применяемые для сероочистки, могут быть радиального, полочного или шахтного типа.

Сероочистка осуществляется в 4, 5 и 6 аппаратах.

Природный газ сжимают в компрессоре 16, смешивают с азотоводородной смесью и подают в подогреватель 4, где реакционная смесь нагревается до 370-400ᵒС. Далее нагретый газ подвергают очистке от сернистых соединений: в реакторе 5 на Al-Co-Mo катализаторе проводится гидрирование сераорганических соединений до сероводорода,, а затем в адсорбере 6 сероводород поглощается сорбентом на основе оксида цинка. обычно устанавливают два адсорбера, соединенные последовательно или параллельно. Один из них может отключаться на загрузку свежего сорбента. Содержание H2S в очищенном газе не должно превышать 0,5 мг/м3 газа.

Затем производится регенерация и ZnS улетучивается.


Дата добавления: 2015-08-18; просмотров: 92 | Нарушение авторских прав


Читайте в этой же книге: Технологические критерии эффективности химико-технологического процесса. Уравнение связи между ними. | Характеристика типов технологических связей между элементами химико-технологической схемы. | Обратная технологическая связь. | БИЛЕТ № 8. | БИЛЕТ № 9. | Реактор идеального вытеснения, допущения модели. Уравнение материального баланса и расчеты на его основе. | Классификация тепловых режимов химических реакторов. Уравнение теплового баланса для реактора идеального смешения адиабатического. | БИЛЕТ №13. | Гетерогенные химические процессы в системе «газ-твердое вещество». Лимитирующая стадия. Зависимость скорости процесса от рабочих условий. Способы определения лимитирующей стадии. | Лимитирующая внутренняя диффузия. |
<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Гетерогенно-каталитические процессы. Технологические характеристики катализаторов. Механизм действия катализаторов.| Каскад реакторов идеального смешения, допущения модели, математическая модель для изотермического режима, методы расчета (аналитический и графический).

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.011 сек.)