Классификация мембран

Мембраны бывают полимерные (полупроницаемые) и с жесткой структурой (металлические, из пористого стекла и т.д.). Полупроницаемые мембраны разделяют на две группы: пористые и непористые. В последние годы получили широкое распространение ядерные мембраны. Пористые полимерные и металлические мембраны применяют для проведения процессов обратного осмоса и ультрафильтрации. Для процессов разделения жидких смесей методом испарения через мембрану используют непористые полимерные мембраны, являющиеся квазигомогенными гелями.

Требования, предъявляемые к мембранам:

– селективность;

– высокая удельная производительность (проницаемость);

– химическая стойкость;

– механическая прочность.

Расчет мембранных процессов

При расчете мембранных процессов известными параметрами являются количество () и состав исходного раствора (), концентрация пермеата (), выход пермеата () (рис.17.9).

Рис.17.9. К расчету мембранных процессов

Порядок расчета:

1) определяют количество пермеата:

; (17.13)

2) составляют материальный баланс по потокам:

; (17.14)

3) составляют материальный баланс по компоненту:

; (17.15)

4) определяют эффективность мембраны:

; (17.16)

5) выбирают тип мембраны;

6) находят рабочую поверхность мембраны из основного уравнения массопередачи:

, (17.17)

где М – количество компонента, проходящего через мембрану.

Ключевые слова и выражения:

Кристаллизация; пересышение раствора; раствор; кристаллизаторы – поверхностные, объемные; мембранный процесс; мембрана; пермеат; ретант; осмос; нано-, ультра-, микрофильтрация

Вопросы для самопроверки:

1. Что называется процессом кристаллизации?

2. Что такое кристаллогидриты?

3. Какие факторы оказывают влияние на скорость кристаллизации?

4. Объясните процесс рост кристаллов.

5. Какие основные факторы влияют на свойства кристаллов?

6. Перечислите способы кристаллизации.

7. В чем разница между изометрическим и изогидрическим спосабами кристаллизации?

8. Перечислите виды кристаллизаторов?

Лекция №18 химические процессы план:

1. ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ.

2. КОНСТРУКЦИЯ РЕАКТОРОВ.

1. Химические процессы

В нефтеперерабатывающей промышленности широко приме­няют химические процессы для получения ряда важнейших нефте­продуктов и повышения их качества. Использование химических процессов обеспечивает глубокую переработку нефти с получением светлых нефтепродуктов в количестве, превышающем их содержа­ние в исходной нефти в 1,5—2 раза.

Химические процессы позволяют получать сырье для многих нефтехимических производств, в частности такие важнейшие непредельные углеводороды как этилен, пропилен, бутилены, бутадиен и др., а также ароматические углеводороды - бензол, толуол, этилбензол, ксилолы, изопропилбензол.

На базе такого сырья осуществляется производство пластмасс, синтетических каучуков, синтетических волокон, моющих средств, и других ценных продуктов.

Химические процессы переработки нефтяного сырья позволяют получать смазочные масла, которые по качеству значительно пре­вышают масла, содержащиеся в лучших масляных нефти. Исполь­зование ряда химических процессов позволяет повышать качество светлых нефтепродуктов и масел — обеспечивать обессеривание, повышение антидетонационных свойств и стабильности, снижение коксуемости, улучшение цвета и т. д.

Перечислим некоторые основные химические процессы, исполь­зуемые при переработке нефти и получившие широкое распро­странение.

Каталитический риформинг бензиновых фракций, применяе­мый для повышения октановых чисел бензинов, а также для полу­чения низкомолекулярных ароматических углеводородов — бен­зола, толуола, этилбензола, ксилолов.

Процесс осуществляется с циркуляцией газа, содержащего 70—80 % (об.) водорода при температуре 430—480 °С и давлении 3,5—4,0 МПа, в присутствии различных катализаторов, главным образом, платинового. При риформинге получают также газ с вы­соким содержанием водорода, используемый для гидроочистки при обессеривании нефтепродуктов.

Каталитический крекинг различных видов дистиллятного и остаточного сырья с целью получения компонентов высокоокта­новых бензинов и газа с высокой концентрацией пропан — пропиленовой и бутан — бутиленовой фракций. Процесс протекает при температуре 420—550 °С и давлении 0,1—0,2 МПа в присут­ствии алюмосиликатных, цеолитсодержащих и других катали­заторов.

Изомеризация нормальных углеводородов (пентан, бутан, бензиновая фракция) проводится с целью получения изобутана, используемого для алкилирования, изопентана — сырья для получения синтетического каучука и высокооктановых компо­нентов бензина. Катализатором изомеризации служит хлори­стый алюминий. Процесс ведут при температуре 120—150 °Си давлении до 1 МПа.

Гидроочистка — для обессеривания нефтяных фракций, а также для насыщения водородом непредельных углеводородов, содержа­щихся в продуктах вторичной переработки. Этот процесс исполь­зуется также для завершающей очистки масел и парафинов

Процесс осуществляется при температуре 300—400 °С и при давлении 3—4 МПа.

Гидрокрекинг высококипящих дистиллятных фракций с по­лучением (в зависимости от режима) как светлых продуктов, так и сырья для производства высокоиндексных масел.

Процесс осуществляется при температуре 370—420 °С и давле­нии 14—20 МПа.

Путем гидрокрекинга высокосернистых мазутов может быть обеспечено значительное снижение содержания серы в котельном топливе с целью уменьшения загрязнения воздушного бассейна двуокисью серы.

Коксование нефтяных остатков и высококипящих дистилля­тов вторичного происхождения, используемое для получения малозольного электродного кокса, применяемого в алюминиевой промышленности.

Одновременно получаемые коксовые дистилляты вовлекаются в дальнейшую переработку для получения светлых нефтепро­дуктов.

Коксование ведут при давлении 0,1—0,3 МПа и температуре 480—540 °С.

Пиролиз нефтяных дистиллятов (бензин, керосин) или газа (этан, пропан) служит основным процессом производства важней­шего сырья нефтехимии — непредельных углеводородов (этилен, пропилен, бутадиен).

При пиролизе получают также ароматические углеводороды (бензол, толуол) и пироконденсат.

Процесс осуществляется прибавлении ниже 0,01 МПа и тем­пературе 650—900 °С.

Алкилирование изопарафиновых углеводородов непредель­ными осуществляется с целью получения высокооктановых ком­понентов бензинов. В качестве непредельных углеводородов используют пропилен, бутилены, амилены, в качестве изопарафи­новых углеводородов — изобутан или изопентан. Молекула непредельного углеводорода соединяется с молекулой изопарафина, образуя более высокомолекулярный углеводород. Так, при алкилировании изобутана бутиленом получают изооктан.

Реакция алкилирования осуществляется при температуре от О до —10 °С, если в качестве катализатора используется серная кислота, или при 25—30 °С в присутствии катализатора —фто­ристоводородной кислоты.

Алкилирование бензола непредельными углеводородами (эти­лен, пропилен). Катализатором служит фосфорная или серная кислоты, хлористый алюминий, алюмосиликаты и др. Процесс протекает при температуре от 50 до 450 °С и давлении от 1 до 3 МПа в зависимости от конкретного катализатора. Продукты алкилирования бензола используют для производства синтети­ческого каучука и ряда химических продуктов.

Дегидрирование — процесс, сопровождающийся отщеплением водорода от молекул, предназначается для получения непредель­ных углеводородов из предельных, например бутилена из бутана, бутадиена из бутилена, изоамилена из изопентана, изопрена из изоамилена. Процесс протекает на хромоалюминиевых катализа­торах при температуре 530—600 °С и давлении атмосферном или ниже атмосферного. В результате дегидрирования из этил-бензола получают стирол, а из изопропилбензола — метил-стирол.

Полимеризация — процесс получения высокомолекулярного вещества — полимера в результате взаимодействия низкомолеку­лярных веществ —мономеров. Этот процесс используется для получения пластмасс, синтетических каучуков, масел и других продуктов. Так, полимеризацией пропилена в присутствии ката­лизатора — фосфорной кислоты получают тетрамер пропилена, используемый в производстве моющих средств.

Большое развитие получил процесс производства полиэтилена полимеризацией этилена. В промышленности существует не­сколько разновидностей этого производства, в частности то, кото­рое протекает при высоком давлении (150—200 МПа, температура 190—200 °С).

Полимеризацией пропилена получают высококачественную пластмассу — полипропилен. Полимеризацией изобутилена полу­чают твердый полиизобутилен (молекулярная масса около 200000) или жидкий полиизобутилен (молекулярная масса около 10000).

Из приведенной краткой характеристики важнейших хими­ческих процессов следует, что химические реакции, используемые в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, существенно различаются по режиму (давление от атмосферного до 200 МПа, температура от 100 до 700°С) и используемым катали­заторам. Подобное многообразие обуславливает необходимость использования различной аппаратуры и методов расчета и по­этому в данной главе излагаются основные положения и понятия, относящиеся к реакционным аппаратам, наиболее распространен­ным при переработке нефтяного сырья.