Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия и технология мономеров. Лабораторный практикум
.pdf
Рис. 5. Панель управления установки для проведения
процесса пиролиза:
1 – включение питания (Main Switch); 2 – звуковая сирена (Buzzer &
Switch) (срабатывает при аварийной ситуации при условии, что она
включена); 3 – переключатель нагрева и контроллер температуры в
испарителе (Preheater Temp Controller); 4 – переключатель нагрева и
контроллер температуры низа реактора и его печи (Reactor Temp
Controller); 5 – индикатор температуры на выходе из конденсатора
(Temperature Indicator); 6 – индикатор внутреннего давления в реак-
торе (Pressure Indicator); 7 – запасной температурный контроллер
(Temperature controller)
21
Проведение работы на лабораторной установке пиролиза
В питательные емкости 1 и 2 (рис. 3) заливают по 200 см3 исходного углеводорода и дистиллированной воды. Для предотвращения
образования отложений кокса на стенках реактора в емкость исходного углеводорода добавляют DMDS из расчета концентрации 1 % мас.
Включают тумблер нагрева испарителя 3 (рис. 5) путем поворота его в положение «On». Включают нагревательное устройство реактора 4 (рис. 5). При достижении заданных значений температуры в
испарителе и реакторе открывают запорные краны, ведущие от питательных емкостей к насосам 3 и 4 (см. рис. 3). Запускают насосы 3 и 4
(см. рис. 3), установив заданное значение расхода.
Последовательность завершения рабочих операций:
1. Остановите работу насоса.
2. Перекройте линии сырья, закрыв донный клапан у сырьевой
емкости.
3. Остановите работу регуляторов расхода.
4. Перекройте клапаны после регуляторов расхода газа.
5. Поверните переключатель нагрева печи в положение «Off»
на панели управления.
6. Откройте линию байпаса.
7. Проверьте уменьшение давления в системе по манометру и
индикатору давления.
8. После того как на манометре и индикаторе давления устано-
вится значение «0», откройте клапаны до регуляторов расхода, чтобы
сбросить остатки газа из линии.
9. После того как температура печи и реактора снизится до
комнатной, выключите питание панели управления и раскрутите болты на реакторе.
Последовательность проведения опыта
на установке пиролиза
В холодильник 7 (см. рис. 3) подается хладагент, включается
криостат 8 (рис. 3) с циркуляцией на емкость конденсатора. С помощью регуляторов температуры задается рабочая температура на нагревателе 3 в реакторе и испарителе 4 (см. рис. 5). По достижении необ-
22
ходимых температур включается насос подачи воды 3 (рис. 3) и углеводородного сырья 4 (рис. 3). Расход сырья и воды устанавливается
заранее до начала опыта. Холодильник 7 (см. рис. 3) охлаждается хладагентом из криостата 8 (см. рис. 3) с температурой минус 10 °С.
После подачи сырья фиксируется время начала опыта, уровень
сырья и воды в питательных емкостях 1 и 2 (см. рис. 3), расход сырья
и воды. В течение эксперимента ведется строгое наблюдение:
- за температурой реактора 6 (см. рис. 3), испарителя 5
(см. рис. 3) сырья и воды;
- требуемой температурой в холодильнике 7 (см. рис. 3);
- стабильной работой насосов подачи бензина и воды 3 и 4
(см. рис. 3);
- стабильной работой и температурой криостата 8 (см. рис. 3).
Углеводород и дистиллированная вода насосами подаются в
емкость испарителя 5 (см. рис. 3), имеющего температуру 250 °С, где
превращаются в гомогенную паровую смесь. Смесь паров за счет расширения поступает в реактор 6 (см. рис. 3), нагретый до 800 °С, где
происходит процесс пиролиза. Продукты пиролиза поступают в холодильник 7 (см. рис. 3) и охлаждаются хладагентом до 150-200 °С для
остановки химических превращений и частично конденсируются. Остывшие и сконденсировавшиеся продукты пиролиза поступают в емкость-приемник 9 (см. рис. 3).
По истечении 60 мин после выхода на заданный режим осуществляется отбор пробы газообразных продуктов пиролиза на хроматографический анализ. Пробоотборник продувается инертным газом для
предотвращения возможной конденсации жидких продуктов, не сконденсировавшихся в холодильнике 7 (см. рис. 3), и герметично закрывается. Углеводородный состав пирогаза анализируется по приведен-
ной ниже методике.
По окончании опыта жидкие продукты пиролиза и водный
конденсат сливаются из холодильника-сепаратора и в течение 2 ч отстаиваются до расслоения в делительной воронке. После расслоения
жидкие продукты пиролиза отделяются от водного конденсата и помещаются на 20 ч в морозильник для кристаллизации остатков воды.
Затем жидкие продукты пиролиза отделяются от льда, и определяется
их масса взвешиванием на аналитических весах.
После этого жидкие продукты пиролиза подвергаются разгонке
по ГОСТ 2177 с отбором углеводородной фракции с концом кипения
23
до 200 С – пироконденсата. Масса пирокондесата и тяжелой смолы
пиролиза (кубовый остаток – продукты с температурой кипения выше
200 С) определяется взвешиванием на аналитических весах. Углеводородный состав пироконденсата (жидких продуктов пиролиза) анализируется по приведенной ниже методике.
После завершения процесса пиролиза, пропарки и продувки
азотом реактора пиролиза лабораторной установки осуществляется
выжиг кокса.
Для количественного анализа образующегося кокса и для удаления его из реакционной зоны проводится очистка реактора путем
окислительного выжига подачей воздуха. Газы окислительного выжига последовательно направляются в стеклянные U-образные трубки,
заполненные соответственно хлористым кальцием и аскаритом. Процесс горения кокса характеризуется сильным экзотермическим эффектом, поэтому в реакторе будет наблюдаться небольшое повышение
температуры и дальнейшее ее падение. Кроме того, хемосорбция СО2
на аскарите также проходит с экзотермическим эффектом, что приводит к повышению температуры в трубке с аскаритом. После стабилизации температуры в реакторе и в трубке с аскаритом выжиг кокса
прекращается.
Количество образованного кокса на пропущенное сырье определяется расчетным путем по привесу аскарита, который измеряется
по абсолютной разнице масс U-образной трубки после выжига кокса и
начальной массы U-образной трубки до выжига кокса.
По окончании опыта отключаются дозировочные насосы 3 и 4
(см. рис. 3) для прекращения подачи углеводорода и воды, фиксируется время конца опыта, уровень сырья и воды в питательных емкостях 1
и 2 (см. рис. 3). Содержимое емкости-приемника 9 (см. рис. 3) – угле-
водороды и вода – сливают для дальнейшего анализа.
После проведения опыта осуществляется пропарка системы
пиролиза. Подача воды в систему увеличивается в 2-3 раза. Пропарка
осуществляется в течение 10 мин, после чего прекращается подача водяного пара в реактор 6 (см. рис. 3) отключением дозировочного насоса 3 (см. рис. 3).
24
Определение углеводородного состава жидких продуктов
Компоненты
Времена удерживания, мин
Метан
2,06
Этан
2,3
Этилен
2,6
Пропан
3,5
Пропилен
4,9
пиролиза методом газовой хроматографии
Анализ жидких продуктов пиролиза проводится на хроматографе «Кристаллюкс-4000М» с разделением компонентов анализируемой пробы в капиллярной колонке с последующей их регистрацией
системой, состоящей из пламенно-ионизационного детектора, электронного усилителя и компьютера.
Условия выполнения анализа:
колонка Petrocol DH (Supelco, США);
длина колонки 100 м;
диаметр колонки 0,25 мм;
температура испарителя 250 °С;
температура детектора 270 °С;
газ-носитель – гелий;
скорость газа-носителя 20 см3/мин;
объем вводимой пробы 0,5 мкл;
температура термостата колонок начальная 40 °С;
температура термостата колонок конечная 250 °С;
время первой изотермы 5 мин, скорость нагрева 2 °С/мин;
время второй изотермы 5 мин, скорость нагрева 5 °С/мин.
Расчет хроматограммы и идентификация продуктов реакции
осуществляются автоматически компьютерной программой
«NetChrom v2.0» методом внутренней нормализации.
На рис. 6 представлен образец хроматограммы жидких продуктов пиролиза, в табл. 4 – времена удерживания компонентов, а в
табл. 5 –результаты хроматографического анализа жидких продуктов
пиролиза.
Таблица 4
Времена удерживания компонентов
25
Окончание табл. 4
Ацетилен
5,9
изо-Бутан
6,1
н-Бутан
6,5
транс-Бутен-2
8,1
Бутен-1
8,3
изо-Бутилен
8,5
цис-Бутен-2
9,0
нео-Пентан
9,6
изо-Пентан
9,7
н-Пентан
10,1
Бутадиен-1,3
10,4
3 Метилбутен-1
11,1
транс-Пентен-2
11,4
2 Метилбутен-2
11,6
Пентен-1
11,7
2 Метилбутен-1
11,8
цис-Пентен-2
12,0
Гексан
13,5
Бензол
16,6
Толуол
23,8
Этилбензол
29,9
Стирол
31,4
о-Ксилол
31,7
ских колонок, обеспечивающих разделение определяемых компонентов.
Примечание: допускается применение других хроматографиче-
26
27
27
Рис. 6. Хроматограмма жидких продуктов пиролиза
Таблица 5
№
п/п
Время
удержива-
ния, мин
Компонент
Высота, %
Ширина, с
Площадь,%
1
9,3
цис-Бутен-2
6,5408
4,36
4,77
2
9,6
нео-Пентан
1,7981
3,96
1,3
3
9,8
изо-Пентан
1,5594
3,56
1,1
4
10,0
н-Пентан
1,8994
3,92
1,2
5
12,0
2-Метилбутен-2
17,3342
5,20
16,2
6
13,5
Гексан
32,1039
5,84
35,4
7
16,6
Бензол
12,4079
4,96
13,1
8
23,8
Толуол
19,4438
5,40
20,8
9
30,0
Этилбензол
1,4197
3,24
1,3
10
31,6
Стирол
4,8114
3,60
4,3
11
31,8
о-Ксилол
0,6815
2,44
0,6
Всего
100
100
28
Результаты хроматографического анализа жидких продуктов пиролиза
28
При обработке хроматограммы методом внутреннего стандарта
(по гексану) с помощью программного обеспечения хроматографа проводят расчет градуировочного коэффициента Кж по формуле
где
С
– массовая доля гексана в смеси, %;
г
V
– объем вводимой жидкой пробы, см3;
ж.пр
S
– среднее арифметическое площадей пиков гексана, еди-
г.ср
ницы площади.
Массовую долю i-го компонента пробы Сжi, (%), вычисляют по
формуле
где
V
– объем жидкой пробы, полученной в ходе эксперимента,
ж.пр
см3,
Sжi – площадь i-го компонента пробы, единицы площади;
Кж – градуировочный коэффициент для жидкой пробы;
А
– коэффициент относительной чувствительности i-го ком-
жi
понента пробы.
Массовые коэффициенты относительной чувствительности для
ДТП приведены в табл. 6.
29
Таблица 6
Компоненты
Коэффициент относительной
чувствительности Ажi
Метан
0,64
Этан
0,84
Этилен
0,82
Пропан
0,95
Пропилен
0,91
Ацетилен
0,80
изо-Бутан
0,99
н-Бутан
0,98
транс-Бутен-2
0,94
Бутен-1
0,97
изо-Бутилен
0,98
цис-Бутен-2
0,92
нео-Пентан
1,04
изо-Пентан
1,02
н-Пентан
0,99
Пентены
1,03
Гексан
1,00
Изомеры гексана
1,05
Гексены
1,06
Диены
0,97
Бензол
1,12
Толуол
1,13
Этилбензол
1,17
м,п-Ксилолы
1,16
о-Ксилол
1,17
Стирол
1,12
Коэффициенты относительной чувствительности (по гексану)
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]