4. С какой целью в процессе пиролиза нефтепродуктов проводят резкое снижение температуры газов на выходе из реактора ( “закалку” )? Обосновать ответ. В каких ещё случаях применяется данный приём?

Ответ: Пиролиз – высокотемпературный крекинг. Подвергают фракции прямой перегонки нефти, состоящие из алканов, цикланов и аренов, природные и попутные нефтяные газы, содержащие алканы с целью получения низкомолекулярных алкенов и алканов. Температуры пиролиза 700-850 °С. Наиболее значительную часть химических превращений составляет термический распад углеводородов. Одновременно также идут реакции полимеризации, конденсации, гидрирования, алкилирования. Продуктами пиролиза являются газообразные, жидкие и твердые вещества. Газ пиролиза содержит алкены, алканы, бутадиен и водород. Жидкие продукты – смола пиролиза, главным образом арены и алкены. Твердый продукт – кокс – продукт глубокой дегидроконденсации аренов, а также углерод. Высокие температуры процесса необходимы для увеличения выхода газа и кокса и снижения количества жидких продуктов. Для сохранения целевых продуктов пиролиза от дальнейших превращений проводят закалку (резкое охлаждение) продуктов ~ до 300°С.

5. В гетерогенной системе «Газ – Твердое» протекает необратимая реакция: А(г) + В(т) ® R(г) + S(т). Константа скорости химической реакции меньше коэффициентов внешней и внутренней диффузии. Что можно предпринять для ускорения процесса? Какие способы определения лимитирующей стадии гетерогенного процесса Вы знаете?

Ответ: Поскольку константа скорости меньше коэффициентов внешней и внутренней диффузии, лимитирующей стадией процесса является химическая реакция. Следовательно, для ускорения процесса следует применять приемы ускорения химической реакции, а именно: ↑Т, ↑С_реаг. Для выявления лим. стадии исследуют влияние на процесс температуры, линейной скорости потока и величины зерна твердой фазы (при прочих постоянных условиях). Признаки лимитирующей стадии:

1. максимальное сопротивления (минимальный коэф-т интенсивности)

2. константа скорости гетерогенного процесса приближенно равна коэф-ту интенсивности.

3. Происходит максимально возможное падение концентрации газообразного реагента от С_v до 0 для необратимых реакций и от С_v до С_v^* для обратимых

4. Скорость процесса м.б. рассчитана по скорости лимитирующей стадии

6. Каталитическое дегидрирование бутенов до 1,3-бутадиена С₄Н₈ = С₄Н₆ + Н₂ ( Н >0 ) проводят при температуре : 620 – 640 ⁰С и пониженном давлении реагентов и продуктов. Процесс осложнен образованием кокса. Какой прием используют для понижения давления в этом процессе? Обосновать ответ и дополнительные преимущества использования данного приёма.

Ответ: Для понижения давления используют введение инертного разбавителя (водяного пара). Дополнительное преимущество данного метода состоит в том, что присутствие водяного пара исключает возможность зашлаковывания аппарата вследствие протекания реакции

С+Н₂О → СО+Н₂

Кроме того, из-за пониженного давления уменьшается доля дальнейших реакций полимеризации. Водяной пар относительно дешев и легко отделяется конденсацией от продуктов пиролиза.

7. В гетерогенной системе «Газ – Твердое» протекает необратимая реакция А(г) + В(т) R(г) + S(т). Коэффициент внешней диффузии меньше константы скорости химической реакции и эффективного коэффициента внутренней диффузии. Что можно предпринять для наиболее эффективного ускорения процесса? Перечислите способы определения лимитирующей стадии гетерогенного процесса?

Ответ: Коэффициент внешней диффузии меньше константы скорости химической реакции и эффективного коэффициента внешней диффузии: β<k<β’. В данном случае lim стадией является внешняя диффузия, поэтому ускорение процесса произойдет при ускорении lim стадии.

r=β(Cv-C_F), β-коэфф-т массопередачи, β=D/δ, D-коэффициент молекулярной диффузии. Для ускорения процесса нужно:

1. увеличить концентрацию реагентов;

2. увеличить температуру(но это невыгодно,т.к. D слабо зависит от температ.);

3. ↑ давление газовой фазы;

4. ↑ линейную скорость потока и турбулентность (проведение процесса в ПС- псевдоожиженном слое)

На внешнюю дифф-ю влияет скорость потока: чем >скор-ть потока, тем>скор-ть процесса.

(Способы определения lim стадии смотри в 5 вопросе.)

8. Какое соотношение исходных веществ необходимо для эффективного осуществления процесса конверсии СО водяным паром СО + Н₂О  СО₂ + Н₂ ()? Ответ обоснуйте. Из каких соображений выбирается соотношение исходных реагентов?

Ответ: Для эффективного осуществления процесса его ведут с избытком Н₂О_пар. Н₂О: СО=3:1. Избыток Н₂О_пар применяется для: 1) Смещения равновесия процесса производства азотоводородной смеси ( в том числе реакции конверсии СО водяным паром) 2) Для подавления побочных реакций: 2CO  C + CO₂ и СН₄  C + 2Н₂ (побочная реакция паровой конверсии метана). 3) Для увеличения срока службы катализаторов (препятствует зауглероживанию). Количество избытка определяется исходя из экономических соображений.