Главная -> Словарь

Состояния равновесия

жающихся к области критического состояния растворителя .

Растворимость углеводородов и смол в пропане при температурах, лежащих в области цредкритического состояния растворителя , зависит от кратности пропана к сырью; в этой области существует оптимальная кратность пропана, обеспечивающая наиболее высокое качество деасфальтизата . При малой кратности пропана к сырью происходит насыщение сырья растворителем. Увеличение расхода пропана ведет к образованию двухфазной системы: насыщенного раствора углеводородов в пропане и раствора пропана в смолисто-асфальтеновых веществах. .При некоторой кратности пропана глубина извлечения этих веществ и высокомолекулярных компонентов увеличивается, что приводит к постепенному уменьшению выхода деаофальтизата и улучшению его качества. Однако после достижения оптимума при дальнейшем увеличении кратности пропана выход деасфальтизата начинает увеличиваться с одновременным ростом его коксуемости и ухудшением цвета. Так, при деасфальтизации гудрона с коксуемостью 12,6% оптимальная массовая кратность пропана оказалась равной 5 .

преодолением кинетического фактора адсорбции парафинов нормального строения цеолитом. Скорость их адсорбции увеличивается с повышением температуры процесса, особенно по мере ее приближения к критической температуре растворителя. При переходе в область закритического состояния растворителя притяжение между молекулами н-парафинов слабеет, а взаимодействие их с молекулами газового растворителя обеспечивает проведение жидкофазного процесса адсорбции цеолитом в условиях, близких к условиям парофазного процесса. Высокие температуры обеспечивают адсорбцию всех содержащихся в сырье гомологов независимо от длины молекулы, тогда как при низких температурах разница в скорости адсорбции молекул н-парафинов разной молекулярной массы значительна. С наибольшей скоростью адсорбируются молекулы низкомолекулярных парафинов. Роль кинетического фактора наглядно проявляется при адсорбции углеводородов из образца высокоочищенного парафина с температурой плавления 54 °С, а именно: при температуре процесса 200°С в течение 3 ч выход адсорбированных углеводородов такой же, как при температуре 300 °С в течение 30 мин. Те углеводороды, которые в указанных условиях не адсорбируются цеолитом, содержат разветвленные и циклические структуры . Содержание парафинов нормального строения в исследованном образце находится как разность между исходной навеской образца и количеством неадсорбированных углеводородов. Парафины нормального строения десорбируют из полостей цеолита большим избытком н-гептана при температуре 300°С. Эта наиболее сложная стадия процесса осуществляется пропусканием через слой цеолита, насыщенного н-парафинами, .

Растворимость углеводородов и смол в пропане при температурах, лежащих в области предкритического состояния растворителя , зависит от происходит насыщение сырья растворителем. Увеличение расхода пропана ведет к образованию двухфазной системы: насыщенного раствора углеводородов в пропане и раствора пропана в смолисто-асфальтеновых веществах. При некоторой кратности пропана глубина извлечения этих веществ и высокомолекулярных компонентов увеличивается, что приводит к постепенному уменьшению выхода деасфальтизата и улучшению его качества. Однако после достижения оптимума при дальнейшем увеличении кратности пропана выход деасфальтизата начинает увеличиваться с одновременным ростом его коксуемости и ухудшением цвета. Так, при деасфальтизации гудрона с коксуемостью 12,6% оптимальная массовая кратность пропана оказалась равной 5 .

преодолением кинетического фактора адсорбции парафинов нормального строения цеолитом. Скорость их адсорбции увеличивается с повышением температуры процесса, особенно по мере ее приближения к критической температуре растворителя. При переходе в область закритического состояния растворителя притяжение между молекулами н-парафинов слабеет, а взаимодействие их с .молекулами газового растворителя обеспечивает проведение жидкофазного процесса адсорбции цеолитом в условиях, близких к условия*! парофазного процесса. Высокие температуры обеспечивают адсорбцию всех содержащихся в сырье гомологов независимо от длины молекулы, тогда как при низких температурах разница в скорости адсорбции молекул н-ларафинов разной молекулярной массы значительна. С наибольшей скоростью адсорбируются молекулы низкомолекулярных парафинов. Роль кинетического фактора наглядно проявляется при адсорбции углеводородов из образца высокоочищенного парафина с температурой плавления 54 °С, а именно: мри температуре процесса 200°С в течение 3 ч выход адсорбированных углеводородов такой же, как при температуре 300 °С в течение 30 мин. Те углеводороды, которые в указанных условиях не адсорбируются цеолитом, содержат разветвленные и циклические структуры . Содержание парафинов нормального строения в исследованном образце находится как разность между исходной навеской образца и количеством неадсорбированных углеводородов. Парафины нормального строения десорбируют из полостей цеолита большим избытком н-гептана при температуре 300 °С. Эта наиболее сложная стадия процесса осуществляется пропусканием через слой цеолита, насыщенного н-парафинами, вытеснителя, молекулы которого, проникая в полости цеолита, десорбируют н-парафи-ны, занимая их место.

При изменении температуры смеси в условиях постоянного соотношения между растворителем и нефтяным сырьем получается кривая общего типа, т. е. относящаяся к растворителям обеих групп и построенная для пропана . Левая часть кривой характеризует выделение компонентов сырья из раствора вследствие насыщенности его при понижении температуры. Точка RTPi соответствует критической температуре растворения нефтяного сырья в данном .растворителе при данном соотношении сырья и растворителя. Вслед за этой точкой имеется область температур, при которых сохраняется полная растворимость сырья в растворителе. Правая часть кривой характеризует выделение компонентов нефтяного сырья при температурах, лежащих выше точки КТР2 и близких к области критического состояния растворителя. При критической температуре. растворителя и давлении, соответствующем давлению его насыщенных паров, происходит полное выделение компонентов сырья из раствора.

Однако остатки нефтей, являясь сложной смесью высокомолекулярных соединений, содержат в своем составе смолы, асфальтены и металлы, вредно действующие на катализаторы при глубокой их переработке. Металлы и золообразующие компоненты в основном сосредоточены в тяжёлых смолах и асфальтенах. В связи с этим глубокую переработку остатков нефтей предпочтительно осуществлять с предварительным удалением вредных для катализатора компонентов. Одним из известных эффективных методов предварительной подготовки нефтяных остатков к каталитической переработке является их де-асфальтизация углеводородными растворителями С 1,2 3 . В результате этого процесса наряду с извлечением асфальтенов и части смол удаляется значительное количесвво металлов. Процесс может быть осуществлен как в условиях жидкофазного.так и в условиях сверхкритического состояния растворителя. Последний по ряду показателей может оказаться наиболее перспективным.

Однако остатки нефтей, являясь сложной смесью высокомолекулярных соединений, содержат в своем составе смолы, асфальтены и металлы, вредно действующие на катализаторы при глубокой их переработке. Металлы и золообразующие компоненты в основном сосредоточены в тяжёлых смолах и асфальтенах. В свази с этим глубокую переработку остатков нефтей предпочтительно осуществлять с предварительным удалением вредных для катализатора компонентов. Одним из известных эффективных методов предварительной подготовки нефтяных остатков к каталитической переработке является их де-асфальтизация углеводородными растворителями С 1,2 3 . В результате этого процесса наряду с извлечением асфальтенов и части смол удаляется значительное количество металлов. Процесс может быть осуществлен как в условиях жидоофазного.так и в условиях сверхкритического состояния растворителя. Последний по ряду показателей может оказаться наиболее перспективным.

Для неводных растворов в качестве стандартного состояния растворителя берется чистое жидкое состояние этого компонента при данной температуре.

Процесс массообмена может происходить лишь при отсутствии равновесия между фазами, т. о. при наличии разности фаз. Скорость процесса определяется степенью отклонения от состояния равновесия; процесс переноса вещества из одной фазы в другую прекращается поело достижения состояния равновесия.

между коптактирующимися фазами. Для этого требуются большая поверхность контакта и достаточная его продолжительность. На практике в барботажных аппаратах редко удается обеспечить идеальный контакт между фазами, вследствие чего массообменивающиеся потоки не достигают состояния равновесия. Отклонение от равновесия учитывается при помощи коэффициента полезного действия контактирующего устройства , определяемого опытным путем. Число теоретических тарелок определяется графически в виде ступенчатой линии, располагающейся между кривой равновесия фаз и оперативной линией.

В теории ректификации применяется понятие о теоретической тарелке. Под теоретической тарелкой подразумевается такая тарелка или ступень контактирования, на которой пары и жидкость достигают состояния равновесия. Практически пары и жидкость на тарелке не достигают состояния равновесия. Однако понятием теоретической тарелки удобно пользоваться при расчетах.

движения паров и жидкости через тарелку и т. д. пары и жидкость не достигают состояния равновесия. Поэтому число ступеней контакта, необходимых для достижения той же степени разделения, приходится увеличивать по сравнению с расчетным.

В системе, состоящей из газа и соприкасающейся с ним жидкости, молекулы газа, ударяющиеся о поверхность жидкости, растворяются и пей. Эти растворенные молекулы, продолжая двигаться, частично возвращаются в газовую фазу, а частично остаются в жидкой фазе. Растворение газовых молекул в жидкости будет продолжаться до достижения состояния равновесия. Концентрация газа, растворенного в жидкой фазе, зависит от парциального давления газа над поверхностью жидкости.

Перегонка с ректификацией — наиболее распространенный в химической и нефтегазовой технологии массообменный процесс, осуществляемый в аппаратах — ректификационных колоннах — путем многократного противоточного контактирования паров и жидкости. Контактирование потоков пара и жидкости может производиться либо непрерывно ,или ступен — чато . При взаимодействии встречных потоков пара и жидкости на каждой ступени контактирования между ними происходит тепло— и массообмен, обусловленные стремлением системы к состоянию равновесия. В результате каждого контакта компоненты перераспределяются между фазами: пар несколько обогащается низкокипящими, а жидкость — высококипящими компонентами. При достаточно длительном контакте и высокой эффективности контактного устройства пар и жидкость, уходящие из тарелки или слоя насадки, могут достичь состояния равновесия, то есть температуры потоков станут одинаковыми, и при этом их составы будут связаны уравнениями равновесия. Такой контакт жидкости и пара, завершающийся достижением фазового равновесия, принято называть равновесной ступенью, или теоретической тарелкой. Подбирая число контактных ступеней и параметры процесса , можно обеспечить любую требуемую четкость фракционирования нефтяных смесей.

Важной особенностью катализа является сохранение катализатором своего состава в результате промежуточных химических взаимодействий с реагирующими веществами. Катализатор не расходуется в процессе катализа и не значится в стехиометрическом уравнении суммарной каталитической реакции. Это означает, что катализ не связан с изменением свободной энергии катализатора и, следовательно, катализатор не может влиять на термодинамическое равновесие химических реакций. Вблизи состояния равновесия катализатор в равной степени ускоряет как прямую, так и обратную

реакции. При удалении от состояния равновесия это условие может и не выполняться.

В задачу этой главы не входит описание состояния равновесия твердых и жидких веществ. Читателя, интересующегося этим вопросом, следует отослать к обычным учебникам . Тем не менее в случаях, когда в газообразной фазе находятся компоненты жидкого раствора, расчет равновесия для жидкости не представляет трудности.

Если первоначально был только 1 моль компонента А, то, обозначив степень конверсии через х, для состояния равновесия получим:

Изданных, полученных для состояния равновесия в условиях атмосферного давления, видно, что при 150 °С можно достичь степени конверсии этилена в спирт, равной примерно 0,4%, в то время как при 50 am и той же температуре степень конверсии составляет около 53%, а при давлении 200 am она достигает 88%. Напомним, что эти величины получены без учета фазовых равновесий, но весьма вероятно, что эти факторы существенно влияют на исход реакции при высоких давлениях. В самом деле, соотношение Н2О