- •Введение
- •1 Понятие научного знания
- •2 Наука как отрасль знания
- •3 Лженаука и признаки «великого» открытия
- •Введение
- •1 Понятие научного знания
- •2 Наука как отрасль знания
- •3 Лженаука и признаки «великого» открытия
- •2 Нормативные документы о выполнении научно-исследовательских работ
- •2.1 Классификация научно-исследовательских работ
- •2.2 Выбор направлений научных исследований
- •2.4 Оценка перспективности научно-исследовательской работы
- •2.5 Стадии проектирования
- •2.5.1 Структура процесса проектирования
- •2.5.2 Основные задачи, решаемые при выполнении опытно-технологических и опытно-конструкторских работ
- •2.5.3 Предпроектная разработка
- •2.6 Организация проектных работ
- •2.7 Охрана интеллектуальной собственности
- •2.7.1 Виды и объекты интеллектуальной собственности
- •2.7.2 Элементы авторского права
- •2.7.3 Элементы патентного права
- •3 Методология научных исследований. Методы математико-статистического планирования и обработки результатов эксперимента
- •3.1 Анализ технических объектов
- •3.2 Синтез аппаратурно-технологических схем
- •3.3 Математическое обеспечение анализа проектных решений
- •3.4 Элементы математической статистики и ее приложения
- •3.4.1 Элементы математической статистики
- •3.4.2 Методы корреляционного и регрессионного анализа
- •3.4.3 Математические методы планирования и оптимизации эксперимента
- •Раздел 4 Методология технологического проектирования
- •4.1 Декомпозиция задачи проектирования
- •4.2 Использование систем автоматизированного проектирования в химической технологии
- •4.2.1 Понятие о системе автоматизированного проектирования (сапр)
- •4.3 Автоматизированная система управления крупнотоннажным производством этилена, этапы создания (проектирования)
- •4.3.1 Сырье и продукты установок для производства этилена. Базовая технологическая схема установки для производства этилена типа эп-300
- •4.3.2 Технологическое задание на проектирование
- •4.3.2.1 Физико-химические закономерности пиролиза
- •4.3.2.2 Задачи управления установкой для производства этилена
- •4.3.3 Построение асу тп установки производства этилена
- •4.3.3.1 Структура и особенности асу тп
- •Построение информационной подсистемы
- •4.3.3.2 Типовые алгоритмы, применяемые в асу тп
- •4.3.4 Построение асутп подсистем
- •4.3.4.1 Подсистема отделения пиролиза
- •4.3.4.2 Подсистема отделения газоразделения
- •4.3.4.3 Подсистема отделения переработки пироконденсата
- •Раздел 5 Информационный поиск, оформление и представление результатов научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ
- •5.1 Традиционные методы информационного поиска
- •5.1.1 Работа со специальной литературой
- •5.1.2 Методы информационного поиска
- •5.1.3 Источники научно-технической информации
- •5.2 Структура научно-исследовательской работы, отчет о нир
- •Реферат
- •Содержание
- •4.4 Правила оформления работы
4.3.2 Технологическое задание на проектирование
4.3.2.1 Физико-химические закономерности пиролиза
Для успешной реализации управления блоком пиролиза необходимо рассмотреть физико-химические закономерности этого процесса. При пиролизе под действием увеличения температуры происходит разрыв связей С-С и С-Н. То есть энергия подводится в виде тепла.
Высокотемпературное расщепление протекает по радикальному механизму в три стадии: инициирование, развитие и обрыв.
Процесс инициирования. Связь С-S менее прочна, чем С-С, поэтому в присутствии соединений серы термический крекинг протекает легче (), также инициатором может быть кислород и его соединения.
Реакции развития. Это: реакции замещения атома водорода, распад радикалов с образованием -связей, реакции изомеризации.
Обрыв цепи: реакция рекомбинации 2RR-R, реакция диспропорционирования (алкан+алкен).
Анализируя условия протекания реакций можно рассчитать энергии активации реакций, сделать вывод о результатах пиролиза сырья разного химического состава.
Следующий этап – расчет термодинамики реакций углеводородов. Для соединений, участвующих в реакции, теплота образования или сгорания которых неизвестна, расчеты проводят с использованием величин энергии связи. При этом делается предположение, что реакции протекают по следующим этапам: - исходные вещества переходят в газообразное состояние и происходит расщепление всех связей, - образовавшиеся атомы соединяются в продукты реакции и конденсируются.
H0обр= (ni H0возг)+(nii)реагенты- (nii)продукты и т.д.
Вероятность протекания реакции определяют с помощью энергии Гиббса. Если при заданной температуре Gi<0, то реакция протекает в указанном направлении и т.д. Таким образом, можно вычислить величину конверсии (превращения) углеводородов и равновесный состав реакционной смеси. Например, для пиролиза пропана в присутствии воды выполнено 12 расчетов для разных соотношений пропан : вода, различных температур и давлений с получением водорода, метана, этилена, этана, пропилена, бутилена (всего по шести реакциям).
Реакции распада в реальности необходимо остановить до состояния равновесия, чтобы не распались олефины. Поэтому основное значение имеют кинетические закономерности процесса.
В кинетических расчетах используют три способа:
кинетическое описание на основе радикальных элементарных реакций;
кинетическое описание на основе ограниченного числа модельных реакций;
кинетическое описание реакций одного компонента с учтановлением связи концентрации этого компонента с концентрациями других.
На практике используют третий способ, т.е. кинетическое описание реакций одного компонента с установлением связи концентрации этого компонента с концентрациями других. Применяют эмпирическое уравнение зависимости скорости реакции от температуры, концентрации, например, сырья и пара, от давления и т.д. При этом эмпирическое уравнение составляется для скорости конкретных реакций, которая зависит, например, от длины трубчатки реактора.
Основные параметры пиролиза – это те, которые входят в кинетические уравнения, описывающие процесс пиролиза (температура и давление в змеевике, конверсия, время контакта сырья в реакторе, концентрация сырья и продуктов. Смотрят динамику изменения значений этих основных параметров и делят их на три группы:
технологические,
параметры пирозмеевика,
параметры печи (радиантной и конвекционной секций).
Пиролизные реакции протекают в две стадии, на первой образуются алкены, водород и метан. На второй стадии – превращения олефинов, диспропорционирование и конденсация. Необходимо подавление вторичных реакций – поэтому время пребывания в змеевике должно быть оптимальным. Сокращение времени до 0,1-0,2 сек, при этом количество пропилена остается постоянным, а этилена возрастает. Необходимо понижать парциальное давление углеводородов, это делают применением водяного пара. Пар охлаждает стенки трубок, понижает пленочный эффект, уменьшает коксообразование, его количество также долно быть оптимальным. Пленка на стенке трубок должна быть тонкой, ее толщина зависит от скорости потока, температуры стенки, диаметра пирозмеевика (чем меньше время контакта, тем лучше, так как можно уменьшить диаметр труб). Оптимальный диаметр труб подбирают с учетом перепада давления, мощности горелок, уменьшением толщины стенки, учетом коксоотложения, которое изменяет диаметр труб. В итоге в реакционной части можно использовать более широкие трубы с тонкими стенками и др.
Таким образом, результаты пиролиза зависят от природы сырья и конверсии. Если сырьем являются газы (этан, пропан, бутан), то связь между конверсией и составом продуктов реакции определить легко, труднее для сырья – бензина, керосина, газойля. Содержание в сырье парафинов, нафтенов и ароматических углеводородов можно использовать в качестве параметров, характеризующих качество сырья. С увеличением концентрации аренов в сырье выход этилена снижается.