Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 [ 208 ] 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

Зависимость константы скорости химической реакции от температуры характеризуется также температурным коэффициентом скорости реакции К, или температурным фадиентом скорости реакции Л(. Температурный коэффициент К, есть отношение констант скорости реакции при двух температурах, отличающихся на 10 °С, т.е. это величина, показывающая, во сколько раз изменяется скорость реакции при изменении температуры на 10 °С. Температурным фадиентом скорости реакции Л( называют изменение температуры, необходимое для увеличения скорости реакции в 2 раза.

С использованием температурного коэффициента скорости реакции К, или температурного фадиента Af взаимосвязь между константами скорости реакции или продолжительностью реагирования при температурах (, и 2 выражается следующими уравнениями:

к;2=к;,к;°"2-Ч;

Т2 = т,К,-"2-; (XXIII.5)

Т2 = Т,2

Взаимосвязь между температурным коэффициентом скорости реакции К, и температурным фадиентом А(, соответствующим удвоению скорости реакции, определяется выражением:

где К, - среднее значение температурного коэффициента скорости реакции в интервале температур f, и Гг- ~ температурный фадиент; К,, Кг - константы скорости реакции при температурах (, и и Т2 -

продолжительности реагирования соответственно при этих температурах.

Уравнение (XXIII.5) применимо также и для расчета фиктивной длительности реагирования Тф, т.е.

Приведенные уравнения позволяют вычислить продолжительность реакции при температуре (j- если известно это значение продолжительности реакции при температуре

Взаимосвязь между значениями массовых или объемных скоростей при изменении температуры также можно вычислить с использованием коэффициента скорости реакции по уравнениям

".="."""-

Приведенные уравнения справедливы для изотермического процесса; при адиабатических или политропических процессах продолжительность

реагирования или массовую (объемную) скорость можно рассчитывать по приведенным выше уравнениям, если температуры (, и (2 соответствуют температурам эквивалентным средней скорости процесса. Для неизотермического процесса температурой f,, эквивалентной средней скорости, является температура, при которой достигается та же скорость процесса, что и в изотермических условиях проведения процесса.

Температура, эквивалентная средней скорости адиабатического процесса.

Температура, эквивалентная средней скорости политропического процесса,

/С12-11о,1-1 \пК, {t2-ti]\nK,

Гетерогенная каталитическая реакция осуществляется в присутствии твердых пористых катализаторов и протекает в несколько стадий: стадии внешней диффузии реагирующих молекул из среды к частице катализатора; внутренней диффузии через поры к поверхности катализатора; адсорбции молекул поверхностью; химической реакции между адсорбированными молекулами; десорбции образующихся продуктов реакции; их диффузии в обратном направлении.

Скорость всего процесса в целом зависит от наиболее медленной стадии реакции, которая и является определяющей. Если определяющей стадией является сам акт химического взаимодействия между реагирующими молекулами, а процесс отвода и подвода компонентов практически не влияет на ее скорость, то такую реакцию называют протекающей в кинетической области. Если определяющей стадией является скорость подвода реагирующих веществ, то реакцию называют протекающей в диффузионной области. Если же скорости как самой реакции, так и процессов диффузии соизмеримы, то скорость всего процесса является функцией кинетических и диффузионных явлений и процесс протекает в переходной области.

Для реакции, протекающей в кинетической области, повышение температуры позволяет значительно увеличить скорость реакции, тогда как для реакции, протекающей в диффузионной области, изменение температуры незначительно влияет на скорость процесса, так как скорость диффузии незначительно изменяется с изменением температуры реакции.

Увеличения скорости реакции, протекающей в диффузионной области, можно достигнуть путем уменьшения фанул катализатора, увеличения размеров поровых каналов катализатора, интенсивным перемешиванием или повышением скорости потока, т.е. осуществлением таких мероприятий, которые способствуют увеличению скорости внутренней и внешней диффузии.

ОСОБЕННОСТИ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ХИМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

При осуществлении химического процесса степень превращения исходного сырья можно регулировать следующими способами:

1) изменением температуры и давления, влияющих на константу равновесия химической реакции;

2) изменением продолжительности реакции;

3) подбором соответствующего катализатора;

4) ведением процесса с рециркуляцией, при которой за однократный пропуск сырья через реакционную зону обеспечивается допустимая степень превращения.

Принципиальная схема процесса с рециркуляцией сырья показана на рис. XXIII-3. Продукты реакции вместе с непрореагированным сырьем выводятся из реакционной зоны, а после их разделения не-прореагировавшее сырье возвращается в реакционную зону. В процессе с рециркуляцией допустимая степень превращения соответствует умеренному выходу побочных продуктов реакции (например, кокс при каталитическом крекинге).

Осуществление процесса с рециркуляцией непрореагировавшего сырья позволяет повысить конечный выход целевых продуктов реакции на исходное сырье, но оно связано с дополнительным расходом энергии на отделение продуктов реакции от непрореагировавшего сырья, а также обычно требует или увеличения размеров реактора, или сокращения производительности действующей установки по исходному сырью;

5) изменением концентрации тех или иных компонентов исходного сырья. Так, при алкилировании изобутана или бензола непредельными углеводородами значительное повышение концентрации изобутана (бензола) позволяет осуществить реакцию алкилирования практически полностью, подавляя при этом реакцию полимеризации непредельных углеводородов, которая может одновременно протекать в этих условиях; для реакции алкилирования на 1 моль непредельного углеводорода берется 5 - 20 молей изобутана или бензола, хотя в реакцию вступает только 1 моль этого компонента. Большой избыток одного из компонентов исходного сырья, целесообразный с точки зрения повышения выхода целевого продукта, связан с необходимостью значительного расхода энергии на его выделение. В этой связи оправданным является ступенчатое осуществление процесса.

Сущность такого процесса и его преимущества поясним на примере трехступенчатого алкилирования изобутана бутиленами.

В этом упрощенном примере для каждой ступени реакции приняты следующие усло-

Рис. XXIII-3. Блок-схема процесса с рециркуляцией непрореагировавшего сырья:

} - реактор; 2 - аппаратура для раз- jjj

деления. Потоки: / - исходное сырье; II - смесь продуктов реакции с непро-реагировавшим сырьем; III - рецир-кулирующий поток непрореагировавшего сырья; IV - продукты реакции