40. В исследуемой системе основная (1) и побочная (2) реакции протекают в газовой фазе и обратимы в широком диапазоне температур:

А + В ↔ С + D ( ∆ Н < 0 ) (1)

B ↔ R + S (∆ H > 0 ) (2)

Как сделать основную реакцию термодинамически вероятней побочной (увеличить теоретическую селективность)?

Что можно еще предпринять для увеличения равновесного выхода целевых продуктов?

Ответ: Обе реакции обратимы. Основная реакция идет с выделением тепла. Для смещения ее равновесия необходимо понизить температуру. Побочная реакция идет с поглощением тепла, поэтому понижение температуры смещает ее равновесие влево. Побочная реакция идет с увеличением числа молей вещества. Увеличение давление также сместит ее равновесие влево. Изменение давления не влияет на основную реакцию. Также для первой реакции можно использовать селективный катализатор.

41. Парокислородная конверсия метана протекает в шахтном конверторе и описывается реакциями:

СН₄ + Н₂О ↔ СО + 3 Н₂ ∆ Н > 0

CH₄ + 0,5 О₂ → СО + 2 Н₂ ∆ Н < 0

За счет чего реализуется принцип наилучшего использования энергии?

Какие источники энергии существуют внутри химико-технологических систем?

Ответ: В данном процессе используются несколько приемов для реализации ПНИЭ:

1. Совмещение тепловых эффектов основных реакций – в трубчатом реакторе (трубчатой печи) протекание эндотермической реакции обеспечивается в основном за счет экзотермической реакции, идущей параллельно (и частично за счет сжигания газа в межтрубном пространстве).

2.Использование теплоты сгорания метана на второй ступени конверсии в шахтном конвертере.

3. Создание энерготехнологической системы – высокая температура выходящих газов используется для производства водяного пара высокого давления, используемого затем для привода компрессоров.

Источники теплоты в ХТС:

1. Теплота экзотермических реакций

2. Высокая температура, при которой проводят эндотермические процессы

3. Горючие вещества, получающиеся в процессе нефтехимического синтеза

41.Какие приемы можно использовать для увеличения селективности при протекании последовательных побочных реакций в химической системе:

A + B → R, R → S?

Какие приёмы применяют для реализации принципа наилучшего использования сырья в случае протекания побочных реакций?

Ответ: В случае данной схемы процесса, в зависимости от конкретных веществ и характера реакции, можно использовать следующие подходы:

1. Введение или выбор катализатора. Катализатор, как правило, ускоряет только одну (целевую) реакцию, таким образом увеличивая селективность.

2. Применение одного из реагентов в избытке. Это ускоряет основную реакцию, увеличивает её выход, а, следовательно, и селективность. Избыток можно возвращать в рецикл. Необходимо отметить, что избыток реагента улучшает многие другие показатели процесса – например, бережет катализатор, уменьшает температуру и т.д.

3. Особый случай избытка – ступенчатая подача реагентов. В этом случае суммарные количества реагентов будут стехиометрическими, но на каждом этапе проведения процесса вводят избыток того или другого реагента:

для суммарной реакции aA+bB=rR при использовании 2 ступеней:

nA+pB=R+(B)_изб m+n=a

mA+qB=R+(A)_изб p+q=b

4. Подбор условий ведения процесса, при которых подавляются побочные реакции. Это может быть изменение температуры, давления, времени контактирования, вывод продукта из среды реакции, увеличение концентрации реагентов – в зависимости от побочной реакции.

5. Закалка системы – резкое уменьшение температуры системы в наиболее выгодном состоянии для ведения процесса.

Помимо перечисленных, для реализации ПНИС применяется еще ряд приемов:

- Смещение равновесия

- Противоток

- Совмещение процессов (комплексное использование сырья, переработка отходов)