otvety_OHT

52. Какие основные технологические принципы реализуются одновременно при применении рециркуляции исходных реагентов?

Ответ: Рециркуляция исходных реагентов связана с неполнотой их превращения.

Причинами рециркуляции могут быть:избыток реагента

ограниченное время контактирования (для предотвращения побочных процессов)

малая скорость (проводят процесс вдали от состояния равновесия, а непрореагировавшие вещества возвращают в процесс, при этом повышается интенсивность процесса, т.е. повышается производительность)

термодинамические ограничения (синтез NH3) Рассмотрим принципы:

1.принцип наилучшего использования сырья – реализуется (в результате рецикла повышается степень превращения сырья)

2.принцип наилучшего использования энергии – нет

3.принцип наибольшей интенсивности процесса – реализуется (маленькое время контактирования – большая объемная скорость→большая интенсивность I=a*W)

4.принцип экологической безопасности – реализуется (меньше отходов)

5.принцип технологической соразмерности – реализуется

41

53. При получении ацетилена окислительным пиролизом метана протекают реакции:

2CH4 ↔ С2Н2 + 3Н2 ∆ Н= 376 кДж/моль

СН4 + О2 → СО + Н2 + Н2О	∆Н = -272 кДж/моль
С2Н2 → 2С + Н2 ∆Н = -227	кДж/моль

Какие приемы используют в этом процессе для реализации принципа наилучшего использования энергии?

Ответ:совмещение реакций с различными Теплов. Эффектами 1) регенерация теплоты (ч/з теплообменную поверхность, непосредственным теплообменом, при помощи тепловых агентов)

2)сокращение тепловых потерь (изоляция аппарата, подача исходного газа м/у обечайкой аппарата и катализаторной коробкой)

3)принцип противотока, из-за высокой интенсивности процесса можно получить температуру выше средней.

4)организация автотермических процессов, т.е. кол-во теплоты, необходимое для нагрева газа до заданной температуры перед входом в реактор поставляется газами, покидающими реактор. Здесь возможны два приема:

-регулирование нагрузки, когда увеличивая объемную

скорость,уменьшаем температуры сначала t3, в результате уменьшится t2, а значит еще больше уменьшится t3 (см. рисунок); - и совмещение реакций с различными тепловыми эффектами.

5) энерготехнологические системы – наряду с продуктом производится энергия. Пример: производство пара в котлах утилизаторах (парогенераторах), использование энергетического потенциала промежуточных потоков ХТС (производство синтез-газа)

54. Какие основные технологические принципы реализуются одновременно при применении оптимальных больших объемных скоростей?

Ответ: 1) принцип наибольшей интенсивности процесса, т.к. увеличивается движущая сила процесса из-за того, что концентрация продукта не успевает достигнуть равновесного значения и поэтому процесс ведется вдали от равновесия.

Интенсивность процесса I a w м3 , где а – мольная доля продукта, w –

м3час

объемная скорость (расход потока/единицу объема аппарата).

2)принцип наилучшего использования сырья, так как позволяет подавить побочные реакции, ведь уменьшается время пребывания реагента в системе.

3)принцип экол.без.(нет вредных отходов.их колво уменьшается)

42

55. Какие приемы применяют при абсорбции нитрозных газов в процессе производства азотной кислоты для увеличения движущей силы?

Ответ: Абсорбции нитрозных газов является завершающим этапом производства азотной кислоты и состоит из двух процессов: 1) хемосорбции диоксида азота водой:

2NO2 + H2O ↔ HNO3 + HNO2	H<0
2) превращением азотистой кислоты в азотную:
3HNO2 ↔ HNO3 + 2NO + H2O	H>0

Для увеличения движущей силы процесса абсорбции необходимы:

-высокая концентрация NO2 в газе, поступающем на абсорбцию

-понижение температуры, так как процесс абсорбции экзотермический

-организация противотока газа и абсорбирующей воды.

Для увеличения интенсивности процесса, т.е. для его ускорения необходимо:

-увеличить поверхность контакта фаз, например, использовать более мелкие частицы катализатора,

-увеличить движущую силу процесса, например, увеличить объемную скорость процесса, тем самым отодвинув текущую концентрацию от равновесной, или просто увеличить концентрацию реагента в потоке,

-увеличить температуру протекания процесса, если процесс проходит в кинетической области, тогда коэффициент эффективности равен

		Ea
константе скорости реакции k A exp				или ввести катализатор,
		RT

уменьшив тем самым энергию активации реакции.

- если процесс протекает во внешнедиффузионной области, то следует увеличить линейную скорость потока, турбулизировать поток.

43

56. Какой из технологических приемов позволяет одновременно реализовать принципы наибольшей интенсивности процесса, наилучшего использования сырья, технологической соразмерности процесса и экологической безопасности?

Ответ: селективный катализатор, т.к.: ускоряет реакцию (ПНИП);

ускоряет только основную реакцию, обеспечивая более полное ее протекание (ПНИС); позволяет разрешить противоречия, возникающие во время процесса

(например, реакция экзотермическая - необходимо понижать температуру процесса, но для высокой скорости процесса необходимо повышать температуру. Противоречие разрешается путем введения катализатора - ПТСП ); в связи с более полным протеканием основной реакции уменьшается

количество отходов (ПЭБП).

Увеличение объемной скорости (ПНИС-для подавления побочных реакций).(ПНИП-I=aw)/( ПЭБП с более полным протеканием основной реакции уменьшается количество отходов).(ПТС-этот принцип устраняет противоречия, возникающие при реализации др.принципов)

57. При производстве серной кислоты на последней стадии – абсорбции – протекает реакция:

SO3+H2O=H2SO4, H= -92 кДж.

Чем орошают абсорбер?

В чем противоречие ПНИП? Каковы способы увеличения движущей силы процесса?

Ответ: орошение проводят 98.3% серной кислотой, т.к. при орошении абсорбера водой возможно резкое увеличение температуры (реакция сильно экзотермична, а введение дополнительного количества реагента в сферу реакции сместит ее вправо. Увеличится т-ра, возможно образование сернокислотного тумана)

Противоречие ПНИП: мы умышленно уменьшаем движущую силу процесса, вводя продукт в сферу реакции. ?= pSO3- p* SO3. Надо орошать тем соединением, над которым p* SO3 min (над водой=0)

Увеличиваем движущую силу процесса, организуя противоток в системе. Для интенсификации следует:

-повысить концентрацию газообразного реагента Сs

-увеличить константу скорости k. Она зависит от температуры, в соответствии с уравнением Аррениуса с ростом температуры увеличивается по экспоненте.

44

58. Какими приемами увеличивают движущую силу процесса (принцип наибольшей интенсивности процесса)? Какие еще приемы применяются для реализации принципа наибольшей интенсивности процесса?

Ответ: Для увеличения движущей силы процесса

1)увеличивают концентрацию реагирующих веществ

2)увеличивают давление с учетом газовой фазы

3)выводят продукт из сферы реакции

4)проводят процесс вдали от состояния равновесия (с большими объемными скоростями или малым временем контактирования) увеличение объемной скорости также является способом интенсификации технологического процесса,

5)направление потоков (прямоток, противоток или смешанный ток)

59. Каталитическую конверсию оксида углерода водяным паром :

СО + Н2О ↔ СО2 + Н2 ∆Н = - 36,6 кДж/моль проводят в две стадии, используя сначала высоко-, а затем

низкотемпературные катализаторы. К каким изменениям расхода водяного пара это приводит по сравнению с одноступенчатым процессом?

Ответ: СО + Н2О ↔ СО2	+ Н2 ∆Н = - 36,6 кДж/моль –
основная реакция; 2СО ↔ С + СО2	– побочная реакция. При

одноступенчатом процессе для подавления побочной реакции увеличивают скорость основной путем проведения процесса с избытком водяного пара, при этом увеличивается и конверсия. При двух стадийном способе на высокотемпературном катализаторе (Fe3O4 + Cr2O3, t = 400 – 500°C) селективно достигается большая скорость основной реакции, на низкотемпературном катализаторе (CuO + ZnO + Cr2O3, t ≈ 250°C) достигается большая конверсия. Таким образом, подавление побочной реакции производится с помощью высокотемпературного катализатора, поэтому расход водяного пара можно уменьшить.

45

60. Какие приёмы используют для подавления побочных реакций и повышения селективности?

Ответ:

1) Влияние концентраций исходного реагента.

Пусть t = const, целевая реакция имеет по исходному реагенту А порядок n1, а побочная реакция – n2.

Если n1>n2, то увеличение скорости образования целевого продукта по сравнению со скоростью образования побочного достигается за счет использования исходного реагента высокой концентрации.

Если n1<n2, то скорость образования целевого продукта по отношению к скорости образования побочного будет больше при использовании исходного реагента низкой концентрации.

Если n1=n2, то скорости образования целевого и побочного продуктов остаются постоянными при любых значениях концентрации исходных реагентов, их изменить в этом случае можно, лишь изменив k1 и k2. Это можно сделать за счет изменения температуры проведения реакции.

2) Влияние температуры проведения процесса.

Пусть n1=n2, энергия активации целевой реакции Е1, побочной Е2. Если Е1>Е2, то с ростом температуры быстрей увеличивается скорость целевой реакции по отношению к скорости побочной.

Если Е1<Е2, то для более быстрого увеличения скорости основной реакции по отношению к скорости побочной температуру проведения процесса нужно уменьшать.

3) Влияние катализаторов.

Катализаторы применяют для уменьшения энергии активации реакции. Пусть t = const, тогда при снижении энергии активации основной реакции с помощью селективного катализатора увеличивается k1 по сравнению с k2, поэтому увеличивается скорость образования целевого продукта по отношению к скорости образования побочного.

4) Влияние давления

46

61. Что такое последовательные связи в ХТС и для чего их используют? Какие ещё типы связей используются в ХТС и их назначение?

Ответ: Последовательная схема применяется для увеличения степени использования сырья и увеличения эффективности функционирования подсистем разделения.

Другие типы связей в ХТС

1.Параллельная – характеризуется наличием разветвлений в ХТС, при этом они имеют общий вход и выход. Применяется для резервирования мощностей при комплексном использовании сырся, при переработке одного вида сырья в различные химические формы.

2.Последовательно-обводная (байпас). Применяется для регулирования температуры экзотермического процесса

3.Перекрестные.

Все эти связи характеризуются однонаправленностью потоков.

62. Что такое байпасные связи в ХТС и для чего их используют? Какие ещё типы связей используются в ХТС и каково их назначение?

Ответ: Байпас применяется для регулирования температауры экзотермического процесса. Это последовательная обводная связь, при которой часть потока минует аппарат. Используется в колнке синтезха аммиака и метанола.

В ХТС существуют другие типы связей:

1.Параллельная – характеризуется наличием разветвлений в ХТС, при этом они имеют общий вход и выход. Применяется для резервирования мощностей при комплексном использовании сырся, при переработке одного вида сырья в различные химические формы.

2.Перекрестные.

3.Последовательная схема применяется для увеличения степени использования сырья и увеличения эффективности функционирования подсистем разделения.

47

63. Для чего используется обратная связь(рецикл) в ХТС? Что является причиной рециркуляции исходных реагентов?

Ответ: Обратная связь(рецикл) в ХТС используется для регулирования температуры, концентрации компонентов в смесях ,увеличения выхода целевого вещества, а также для увеличения селективности . Рецикл используется для реализации принципа наилучшего использования сырья.

Схема рецикла ХТС.

X0	X1							yn yo
			1		2		n

ХR

Для интенсификации следует:

-повысить концентрацию газообразного реагента Сs

-увеличить константу скорости k. Она зависит от температуры, в соответствии с уравнением Аррениуса с ростом температуры увеличивается по экспоненте.

Внутренний технический поток ХR направление которого противоположно главному потоку называется рециклом.

R- это степень рециркуляции. R показывает какая часть главного потока возвращается в процесс.

R XXR1

Кратность рециркуляции КR показывает во сколько раз главный поток больше прямого :

KR XX10

В ХТС могут циркулировать исходные, промежуточные и конечные вещества.

Причиной рециркуляции исходных реагентов является неполное их превращение:

1)Термодинамические ограничения ( несмещаемость процесса). 2)Малая скорость реакции ( есть смысл работать в дали от состояния равновесия и возвращать исходное вещество на рецикл с целью увеличения производительности).

3)Ограниченное время контактирования.

4)Избыток реагентов ( при синтезе метанола избыток Н2)

48