Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Программа.docx
Скачиваний:
268
Добавлен:
26.02.2020
Размер:
2.87 Mб
Скачать
  1. Подавление побочных реакций.

Получение этилбензола алкилированием бензола на катализаторе А1С13 сопровождается последовательным образованием ди- и триэтилбензола:

Избыток бензола предотвращает образование побочных веществ.

При выборе компонента, используемого в избытке, необходимо руководствоваться следующими правилами:

  • Реагент, используемый в избытке, не должен быть дорогим. Наиболее дешевым сырьем в процессах окисления является воздух. Однако при этом необходимо учитывать, что при использовании воздуха, наряду с кислородом, вводится азот, который при организации рециклов может накапливаться в системе, понижая парциальное давление реагирующих веществ. Кроме того, он разбавляет полученные продукты, что отрицательно сказывается на последующих стадиях процесса. Так, при конверсии СО водяным паром:

процесс ведут при избытке воды, но большие масштабы производства водорода приводят к тому, что себестоимость водорода определяется расходом водяного пара;

  • Реагент, используемый в избытке, не должен принимать участия в побочных взаимодействиях;

Возможность использования избытка реагента для регулирования технологических параметров. Для реакции () избыток водяного пара позволяет регулировать температуру процесса. В процессе синтеза метанола:

избыток водорода способствует смещению равновесия, ускорению лимитирующей стадии - хемосорбции водорода, регулированию температуры, подавлению побочных реакций, а также увеличивает срок службы катализатора в результате гидрирования продуктов уплотнения, отлагающихся на катализаторе в процессе синтеза;

  • Легкость регенерации. Например, при синтезе карбамида:

процесс проводят при мольном соотношении NНЗ: СО2 = 4:1, поскольку возможна его последующая регенерация путем нагревания раствора с последующим водным поглощением выделившегося аммиака.

Следует сказать, что применение реагента в избытке не всегда возможно. Так, при организации циркуляционного процесса на базе простой реакции избыток любого компонента будет накапливаться и выполнять функции инертной примеси.

  • Смещение равновесия при обратимых реакциях.

Типичным примером совершенствования процесса на этой основе является производство серной кислоты методом двойного контактирования и двойной абсорбции (ДКДЛ). Так, после третьей ступени окисления SО2 в SО3, контактный газ выводится из аппарата и направляется в абсорбционную колонну для поглощения образовавшегося SО3. Затем газ возвращается в контактный аппарат и поступает последовательно на четвертую пятую ступени контактирования. Метод ДКДА позволяет: сместить равновесие, повысить интенсивность процесса и увеличить степень контактирования до 99,97%. При этом в выхлопных газах практически отсутствует SО2, что при водит к резкому улучшению экологической обстановки.

Рассмотренная выше схема является наглядным примером организации малоотходной технологии путем совершенствования технологической системы, а не путем утилизации отходов. Для смещения равновесия в обратимых реакциях, протекающих с увеличением числа молей и, следовательно, требующих понижения давления может быть использован водяной пар.

  • «Закалка» системы в состоянии, наиболее выгодном для проведения процесса.

«Закалка» системы – снижение скорость разложения неустойчивого целевого продукта.

  • Обратимая эндотермическая реакция.

Большие концентрации целевого продукта достигаются в состоянии равновесия при высокой температуре. При медленном охлаждении послереакционной смеси реакция проходит в обратном направлении, и из целевого продукта снова образуются исходные вещества.

N2 + О2 ↔2NO -180,6 кДж. (1.11)

Реакция протекает при высоких температурах (В электрической дуге или плазмохимическом реакторе). С увеличением концентрации NO скорость обратной реакции возрастает. Кроме того, для эндотермических реакций энергия активации обратной реакции меньше, чем прямой, и, следовательно, при понижении температуры скорость обратной реакции значительно выше, чем скорость образования оксида азота (П). Поэтому образующиеся нитрозные газы подвергают «закалке».

  • Образующийся целевой продукт может подвергаться последующим превращениям.

В качестве примера рассмотрим производство ацетилена термопиролизом метана, которое основано на реакции:

При температуре 1000°C теоретическая степень превращения равна 99,87%, но скорость реакции недостаточна. для увеличения скорости необходимо повысить температуру до 1600-1800°С. Однако это вызывает разложение ацетилена с образованием углерода (сажи):

С целью предотвращения протекания реакции проводят резкое охлаждение («закалку») послереакционной смеси путем впрыскивания водного конденсата.

  • Сохранение структуры целевого продукта при обратимых полиморфных превращениях.

При переработке минералов их реакционная способность зачастую определяется соответствующей кристаллической модификацией. Поэтому перед химической переработкой они проходят стадию термической обработки. Однако структурные превращения могут быть обратимыми. В таких случаях также проводят «закалку» (быстрое охлаждение), чтобы зафиксировать наиболее удобную полиморфную структуру для последующего этапа переработки.

  • Противоток веществ.

Использование противотока позволяет не только интенсифицировать процессы массо- и теплопередачи, но и увеличить глубину превращения исходных веществ (сырья).

  • «Подавление» побочных реакций.

Основным приемом воздействия на нежелательные процессы является регулирование соотношения скоростей основной и побочной реакций. С этой целью чаще всего используют селективный катализатор.

Если энергия активации основной реакции больше, чем у побочной, то повышение температуры будет в первую очередь ускорять целевую реакцию. В противном случае необходимо использовать селективный катализатор, понижающий энергию активации основной реакции относительно протекающих побочных взаимодействий.

При протекания побочных реакций весьма эффективным приемом является вывод продуктов из реакционной зоны.

  • Комбинирование производства

Так, например, производство серной кислоты их отходящих газов цветной металлургии долго сдерживалось из-за малой концентрации SО2 в отходящих газах. Совершенствование металлургических производств и ужесточение требований к их экологической безопасности привело к широкому внедрению производства серной кислоты (или серы) на заводах цветной металлургии.