Задачи для решения

1. В проточном каталитическом реакторе полного смешения протекают реакции:

Им соответствуют следующие кинетические уравнения: r₁=k₁Р_А и r₂=k₂Р_В. Потоки этилена на входе и выходе из реактора равны соответственно 10 моль/ч и 6 моль/ч. Определить соотношение констант скоростей k₂/k₁, если поток оксида этилена на выходе из реактора составляет 3 моль/ч.

2. В периодическом реакторе протекают реакции:

Им соответствуют следующие кинетические уравнения:

r₁=k₁с_Ас_Y и r₂ =k₂с_Вс_Y

Соотношение констант скоростей k₂/k₁=0,5, исходное мольное отношение с_А,0/с_Y,0=10, конверсия оксида этилена полная.

Каково должно быть предельно допустимое массовое содержание воды в исходном спирте, чтобы содержание этиленгликоля в этилцеллозольве не превышало 1 масс. %?

3. В проточном реакторе полного смешения идут реакции:

Н₂О+СН₂=СН₂→С₂Н₅ОН, r₁=k₁[Н₂О][СН₂=СН₂];

С₂Н₅ОН+СН₂=СН₂→С₂Н₅ОС₂Н₅, r₂=k₂[С₂Н₅ОН][СН₂=СН₂].

Соотношение констант скоростей k₂/ k₁=0,5, а соотношение потоков воды и этилена на входе в реактор равно 4. Вычислить конверсию этилена селективность образования этилового спирта по этилену, если конверсия воды составляет 20 %.

4. Лабораторные занятия лабораторная работа №1 Тема: Термический крекинг (пиролиз) углеводородов и составление материального баланса опыта

В настоящее время широко применяются разнообразные мето­ды переработки нефти и нефтепродуктов и в том числе термиче­ский и каталитический крекинг дистиллятов и мазутов.

Крекинг нефтепродуктов проводится для получения из тяже­лых углеводородов более легких, преимущественно для выработ­ки бензина.

Высокотемпературный крекинг (670—720° С) нефтяного сырья, называемый пиролизом, проводится для получения газов, служа­щих исходным сырьем для органического синтеза и в том числе и для синтеза высокооктановых компонентов моторного топлива и различных жидких продуктов с высоким содержанием арома­тических углеводородов. По температурному режиму пиролиз является наиболее жесткой формой термического крекинга и ха­рактеризуется более глубоким разложением углеводородов нефти. Реакции при пиролизе в большинстве случаев, как правило, являются необратимыми, т. е. продукты первичного распада сразу же подвергаются дальнейшему превращению и не способны обра­зовывать исходный продукт. Таким образом, пиролиз жидких углеводородов — многофазный высокотемпературный процесс, в котором разложение исходных углеводородов идет в гомогенной среде и в результате образуется газовая, жидкая и твердая фазы (кокс, сажа). На процесс пиролиза и выход продуктов влияют следующие факторы:

1. Природа исходного сырья. Скорость процесса пиролиза и характер образующихся продуктов зависят от свойств тех или иных углеводородов исходного сырья, в том числе от молекуляр­ной массы и условий проведения процесса. С повышением моле­кулярной массы термическая стойкость всех углеводородов падает и наибольшей устойчивостью обладают такие низкомолекулярные соединения, как метан, этан, бензол, толуол и др. Лег­кое сырье дает большие выходы газа, тогда как пиролиз тяжело­го сырья увеличивает выход ароматических углеводородов и жид­ких олефйнов. Следовательно, выбор сырья определяется, в основном, конечными продуктами пиролиза.

2. Температура пиролиза. Наименьшей термодинамической ус­тойчивостью из углеводородов нефти и ее продуктов обладают парафиновые углеводороды, наибольшей — ароматические; олефиновые и нафтеновые углеводороды занимают промежуточное положение. С повышением температуры скорость разложения пре­дельных углеводородов возрастает больше, чем других углеводо­родов, и это расщепление идет обычно посредине молекулы с об­разованием парафинов и олефинов меньшей молекулярной массы:

Например, С₁₆Н₃₄ → С₈Н₁₈ + С₈Н₁₆

твердое жидкое жидкое

Газообразные продукты пиролиза содержат непредельные уг­леводороды олефинового и диолефинового рядов, предельные уг­леводороды и водород. Выход газообразных продуктов достигает 45%, жидких — 50%. Жидкие продукты содержат большое коли­чество ароматических углеводородов, входящих в состав легкого масла, получаемого при перегонке смолы пиролиза. Оптимальная температура пиролиза 670—720° С. Пониженный температурный режим соответствует большему выходу ксилола.

Выход бензола повышается до 750° С, после чего остается почти постоянным. Вы­ход толуола достигает максимума при 700° С и при дальнейшем повышении температуры падает. Повышение или понижение тем­пературы по сравнению с оптимальной уменьшает выход арома­тических углеводородов и изменяет соотношение между ними. Сле­довательно, каждой температуре соответствует оптимальное вре­мя контакта, при котором получается максимальное количество целевого продукта.

3. Время пиролиза. Увеличение времени пребывания исходного сырья в зоне реакции повышает выход ароматических углеводо­родов. Как правило, реакции, идущие при пиролизе, являются не­обратимыми. Основная реакция — термическое разложение — обычно рассматривается как гомогенная некаталитическая моно­молекулярная реакция первого порядка, протекающая в газовой фазе.

Цель: В данной работе определяют выход продуктов пиролиза в за­висимости от типа исходного сырья, температуры процесса, ско­рости подачи сырья и проводят анализ полученных продуктов.