51. Какие системы называют энерготехнологическими и каковы приёмы рационального использования энергии внутри хтс?

Ответ: Энерготехнологические системы – системы, в которых наряду с продуктом производится энергия.

Приемы рационального использования энергии внутри ХТС:

- Производство пара в котлах-утилизаторах (парогенераторах);

- Использование энергетического потенциала промежуточных потоков ХТС.

52. Какие основные технологические принципы реализуются одновременно при применении рециркуляции исходных реагентов?

Ответ: Рециркуляция исходных реагентов связана с неполнотой их превращения.

Причинами рециркуляции могут быть:

• избыток реагента

• ограниченное время контактирования (для предотвращения побочных процессов)

• малая скорость (проводят процесс вдали от состояния равновесия, а непрореагировавшие вещества возвращают в процесс, при этом повышается интенсивность процесса, т.е. повышается производительность)

• термодинамические ограничения (синтез NH₃)

Рассмотрим принципы:

1. принцип наилучшего использования сырья – реализуется (в результате рецикла повышается степень превращения сырья)

2. принцип наилучшего использования энергии – нет

3. принцип наибольшей интенсивности процесса – реализуется (маленькое время контактирования – большая объемная скорость→большая интенсивность I=a*W)

4. принцип экологической безопасности – реализуется (меньше отходов)

5. принцип технологической соразмерности – реализуется

54. Какие основные технологические принципы реализуются одновременно при применении оптимальных больших объемных скоростей?

Ответ: 1) принцип наибольшей интенсивности процесса, т.к. увеличивается движущая сила процесса из-за того, что концентрация продукта не успевает достигнуть равновесного значения и поэтому процесс ведется вдали от равновесия.

Интенсивность процесса , гдеа – мольная доля продукта, w – объемная скорость (расход потока/единицу объема аппарата).

2) принцип наилучшего использования сырья, так как позволяет подавить побочные реакции, ведь уменьшается время пребывания реагента в системе.

55. Какие приемы применяют при абсорбции нитрозных газов в процессе производства азотной кислоты для увеличения движущей силы?

Ответ: Абсорбции нитрозных газов является завершающим этапом производства азотной кислоты и состоит из двух процессов:

1) хемосорбции диоксида азота водой:

2NO₂ + H₂O ↔ HNO₃ + HNO₂ ΔH<0

2) превращением азотистой кислоты в азотную:

3HNO₂ ↔ HNO₃ + 2NO + H₂O ΔH>0

Кинетика процесса хемосорбции в системе газ-жидкость (абсорбция с химическим взаимодействием) описывается уравнением:

,

где К_абс – константа абсорбции, F – поверхность контакта, – парциальное давление в газе на абсорбцию,- парциальное давление над поглощающей жидкостью. Разностьравна движущей силе процесса хемосорбции.

Для увеличения движущей силы процесса абсорбции необходимы:

- высокая концентрация NO₂ в газе, поступающем на абсорбцию

- понижение температуры, так как процесс абсорбции экзотермический

- организация противотока газа и абсорбирующей воды.

Какие приемы используют в гетерогенных системах для реализации принципа наибольшей интенсивности процесса?

Скорость гетерогенного процесса:

,

где k – коэффициент интенсивности процесса, F – поверхность контакта фаз, с- текущая концентрация регента, с* - равновесная концентрация реагента, Δ – движущая сила процесса.

Для увеличения интенсивности процесса, т.е. для его ускорения необходимо:

- увеличить поверхность контакта фаз, например, использовать более мелкие частицы катализатора,

- увеличить движущую силу процесса, например, увеличить объемную скорость процесса, тем самым отодвинув текущую концентрацию от равновесной, или просто увеличить концентрацию реагента в потоке,

- увеличить температуру протекания процесса, если процесс проходит в кинетической области, тогда коэффициент эффективности равен константе скорости реакции или ввести катализатор, уменьшив тем самым энергию активации реакции.

- если процесс протекает во внешнедиффузионной области, то следует увеличить линейную скорость потока, турбулизировать поток.

56. Какой из технологических приемов позволяет одновременно реализовать принципы наибольшей интенсивности процесса, наилучшего использования сырья, технологической соразмерности процесса и экологической безопасности?

Ответ: селективный катализатор, т.к.:

ускоряет реакцию (ПНИП);

ускоряет только основную реакцию, обеспечивая более полное ее протекание (ПНИС);

позволяет разрешить противоречия, возникающие во время процесса (например, реакция экзотермическая - необходимо понижать температуру процесса, но для высокой скорости процесса необходимо повышать температуру. Противоречие разрешается путем введения катализатора - ПТСП );

в связи с более полным протеканием основной реакции уменьшается количество отходов (ПЭБП).