Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
охт (6sem) / ►к экзу по охт (дополн).docx
Скачиваний:
314
Добавлен:
02.07.2019
Размер:
4 Mб
Скачать
  1. Влияние температуры на равновесие и скорость химической реакции в ХТП. Технологические способы разрешения противоречия между благоприятным положением равновесия и классификацией продукта. Показать на примерах окисления SO2 в SO3 и производство этанола прямой гидратацией этила.

«Если на систему в состоянии химического равновесия воздействовать извне, изменяя термодинамические параметры, то равновесие сместится в том направлении, которое ослабит эффект внешнего воздействия».

Влияние температуры

Анализ зависимостей величины Кр от температуры (рис.2.1- 2.5)

показывает, что характер смещения равновесия при изменении температуры зависит от знака и абсолютной величины теплового эффекта реакции. Для эндотермических процессов (ΔН0 >0): c ростом температуры константа равновесия увеличивается, и выход продукта реакции также (реакции паровой и углекислотной конверсии метана, дегидрирования, крекинга, пиролиза) Для экзотермических процессов (ΔН0 <0): c ростом температуры константа равновесия уменьшается, и выход продукта также падает (синтезы аммиака, метанола, этанола, окисление оксида серы(IV) в оксид серы(VI) .

Скорость обратимых реакций Если для необратимых реакций скорость реакции растет с ростом температуры (при Еакт. > 0), независимо от теплового эффекта реакции в

соответствии с уравнением Аррениуса, то для обратимых реакций зависимость более сложная, поскольку скорости прямой и обратной реакции по-разному зависят от температуры, так как их константы скорости характеризуются разными энергиями активации.

Обратимая экзотермическая реакция Для обратимой экзотермической реакции термодинамический и кинетический факторы вступают в противоречие. При повышении температуры по принципу ЛеШателье равновесие реакции смещается влево, равновесная степень превращения реагента падает и, соответственно, уменьшается выход продукта. Это следствие того, что с увеличением температуры возрастают скорости как прямой, так и обратной реакции, но возрастают по разному, так как характеризуются разными значениями энергии активации (Еакт.обр. > Еакт.прям.)

Контактное окисление оксида серы (IV)

Реакция окисления

SO2 + 1/2 O2 SO3

протекает с уменьшением объема и выделением тепла.

Температура. Выбор температурного режима, обеспечивающего высокую скорость и выход обратимой экзотермической реакции, довольно сложен, так как изменение температуры противоположным образом влияет на величину равновесного выхода продукта и скорость превращения SO2 в SO3. Налицо противоречие между кинетикой и термодинамикой процесса.

Процесс окисления SO2 в SO3 обратимый, экзотермический, поэтому для получения 100%-го выхода оксида серы (VI) необходима температура не выше, чем 400 - 425°С. Однако скорость процесса при этой температуре мала даже при наличии катализатора

Для обеспечения и высокой интенсивности процесса, и высокого выхода необходимо проводить окисление оксида серы (IV) при переменных условиях (режим работы по Линии Оптимальных Температур - ЛОТ).

На рис.2.3.3 приведен график зависимости равновесного и практического выхода от температуры при различных временах контактирования. С увеличением времени контактирования максимум на кривых смещается в сторону более низких температур. Кривую, соединяющую максимумы на различных кривых, называют линией оптимальных температур.

ЛОТ – это режим проведения процесса с понижением температуры и увеличением времени контактирования. При проведении процесса по линии оптимальных температур окисление оксида серы (IV) протекает с максимально возможными скоростями в каждый момент. Понижение температуры к концу процесса с 600 до 400°С позволяет получить высокий выход продукта при достаточной производительности процесса. Схема организации этого процесса приведена на рис.2.3.4

Рис.2.3.3 Зависимость выхода продукта η от температуры при различном времени контактирования.

Рис.2.3.4 Диаграмма ηt пятиступенчатого процесса контактирования с промежуточным теплообменом.

Этиловый спирт получают прямой гидратацией этилена:

С2Н4 + Н2О С2Н5ОН + Q (6.1.)

Помимо основной реакции, протекают побочные:

2Н4 + Н2О = (С2Н5)2О + Q (6.2.)

С2Н4 + Н2О = С2Н4О + Н2 - Q (6.3.)

процесс получения этанола: сложный, обратимый, экзотермический. Чтобы сдвинуть равновесие в сторону гидратации этилена необходимо понижение температуры и повышение давления, так как процесс идет с уменьшением числа молей.

  1. Производство метанола. Химизм, равновесие и кинетика процесса. Обосновать выбор соотношения исходных компонентов и температуры процесса. Технологическая схема процесса, колона синтеза метанола (устройство).