Обосновать ответ. Ответ:Введение инертного компонента равноценно понижению давления в системе

Ответ: Введение инертного компонента равноценно понижению давления в системе. В первом случае реакция идет с уменьшением числа молей, поэтому снижение давления в системе, согласно принципу Ле Шателье, вызовет смещение равновесия препятствуя этому изменению, то есть равновесие сместится в сторону исходных веществ. Случай два обратный первому случаю, следовательно, равновесие во втором варианте сместится в сторону конечных продуктов.

24. Получение ацетальдегида на палладиевом катализаторе: C₂H₄ + 0,5O₂ → CH₃CHO (Δ H < 0) сопровождается последовательными побочными реакциями. Что делают для их подавления? Обосновать ответ. Какие еще приемы используют для подавления побочных реакций?

Ответ: Скорость отдельных реакций и, соответственно, скорость образования побочных продуктов зависит от условий проведения процесса. На скорость суммарной реакции, селективность процесса и выход ацетальдегида существенно влияет состав катализаторного раствора (содержание PdCl₂, CuCl₂ и FeCl₂), кислотность среды, давление, температура, соотношение этилена и окисляющего агента.

1. Соотношение между общим суммарным содержанием металлов окислительно-восстановительной системы (Cu, Fe или смеси) и Pd должно быть не меньше 15:1. На практике используется соотношение (25:1)- (50:1). Такой избыток меди и железа обуславливается высокой стоимостью Pd.

2. Конверсия олефина зависит также от мольного соотношения в катализаторе меди (железа) и галогена; оно поддерживается в узком диапазоне (1:1,4-1:1,8). Поэтому добавляемый в ходе процесса галоген в виде хлорида или этилхлорида должен дозироваться достаточно точно, так как при соотношении меньшем, чем 1:1, снижается конверсия этилена, а при соотношении 1:2 и выше реакция замедляется. В этом случае добавляют ацетат меди.

3. Процесс следует проводить в кислой (pH = 0,8-3,0) или нейтральной среде (pH = 6,0-7,5), так как при повышении pH из катализаторного раствора будет выпадать хлорид меди (I), что приводит к снижению выхода ацетальдегида и забивки отверстий газораспределительного устройства. Растворимость Cu(I) можно повысить добавлением в катализаторный раствор муравьиной, уксусной, а лучше – трихлоруксусной кислоты. Однако их следует добавлять в незначительном количестве (особенно уксусную кислоту), так как карбоновые кислоты образуют с Cu малоактивные соли. Кроме того, уксусная кислота растворяет продукты синтеза, что приводит к образованию побочных хлорированных продуктов.

4. Растворимость солей в воде ограничена, поэтому образуются разбавленные растворы катализатора, что приводит к его низкой удельной производительности. В связи с этим выгоднее работать с катализатором, находящимся в виде суспензии в воде или в разбавленной уксусной кислоте (шламовый катализатор). Применение шламового катализатора позволяет сочетать высокую концентрацию катализатора с хорошим отводом тепла; образовывать стабильную пену, что в свою очередь приводит к хорошему диспергированию газа.

5. В качестве сырья можно использовать как концентрированный этилен, так и этан-этиленовую фракцию. Наличие малых количеств водорода, оксида и диоксида углерода, предельных углеводородов не мешает протеканию процесса. Содержание непредельных углеводородов и серы должно быть незначительным (ацетилена ≤ 0,005 %, высших олефинов ≤ 0,03%, серы ≤0,001%) во избежание образования побочных продуктов.

6. Превращение этилена в ацетальдегид про 20⁰С протекает с низкой скоростью. Реакция проходит сравнительно интенсивно при 100-130⁰С.

7. Для поддержания реакционной массы в жидком состоянии при такой температуре требуется повышенное давление (0,3-1,1 МПа), которое способствует и ускорению процесса за счет улучшения растворимости газов. Для повышения растворимости олефина и кислорода в водных растворах рекомендуется применять реакционные устройства, в которых осуществляется турбулизация жидкости и обеспечивается максимальная поверхность контакта фаз.

25. При протекании параллельных реакций в газовой фазе А→В (основная) и А→R(побочная) энергия активации основной реакции больше, чем побочной (Е1 > Е2), а порядок реакции по компоненту А n1< n2. Каким образом повысить селективность процесса?Обосновать ответ.

Ответ: Селектвность – отношение количества исходного реагента, превратившегося в целевой продукт, к общему количеству прореагировавшего реагента.

A=B (основная)

A=R (побочная)

Дано: E₁>E₂; h₁>h₂

Если h₁>h₂ , при повышении С_А селективность будет расти

Если h₁<h₂ , при повышении С_А селективность будет падать

Следовательно, для увеличения селективности при h₁<h₂ необходимо уменьшать С_А

При E₁>E₂ увеличение температуры приводит к увеличению селективности

26. Основные потери в синтезе аммиака N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃ (Δ H < 0) связаны с отдувкой части рециркулирующей газовой смеси. С какой целью проводится отдувка? От чего зависит объем продувки?

Ответ: Эффективное давление в системе рассчитывается по формуле

P_эф = P_общ(1-i), где i-доля инертов в системе.

Для поддержания в циркуляционном газе постоянного содержания инертных газов, не превышающего 10%, проводят продувку газа после первичной конденсации аммиака (после сепаратора). Продувочные газы содержат 8-9% NH₃, который выделяется при температуре -25-30 ⁰С в конденсационной колонне и испарителе продувочных газов. Смесь танковых и продувочных газов после выделения аммиака используют как топливный газ.Объем отдувки зависит от объема накопившихся инертов

27.В исследуемой системе основная (1) и побочная(2) реакции идут в газовой фазе.

A + 2B ↔ R (∆ H < 0) (1)

A + B → S (2)

Константа равновесия основной реакции (1) в широком диапазоне температур изменяется в пределах 10² –10^-2. Энергия активации реакции 1 меньше энергии активации реакции 2. Какими приёмами можно сместить равновесие реакции 1 в нужную сторону и повысить селективность процесса?

Ответ: Понизить температуру и повысить давление

28.Синтез аммиака проводят с большими объёмными скоростями для:

Ответ: увеличения интенсивности процесса

29. Почему гетерогенный каталитический процесс, осложненный последовательными превращениями целевого продукта: А→ В→ D (В – целевой продукт) проводят во внешнедиффузионной области на непористом катализаторе?

Ответ: Потому что, если взять пористый катализатор, то процесс последующего превращения целевого продукта также будет катализироваться, потому что не будет успевать выходить из пор, до следующего превращения. А на беспористом катализаторе у нас будет идти первая реакция и в результате «текучки» не будет успевать идти следующая реакция.

30. Современные производства серной кислоты работают по методу ДК-ДА –двойного контактирования - двойной адсорбции. Что это дает? Обосновать ответ.

Ответ: Процесс состоит в том, что реакционную смесь охлаждают и направляют в промежуточный адсорбер для выделения SO₃, в оставшемся реакционном газе соотношение О2 к SO2 существенно повышается, что приводит к смещению равновесия вправо. Вновь нагретый реакционный газ снова подают в контактный аппарат на четвертый слой катализатора, благодаря чему достигается степень превращения SО₂ 99-99,9 %,увеличивается интенсивность процесса.

- смещение равновесия

- увеличение выхода процесса

- увеличение скорости процесса

31.Скорость гетерогенной каталитической реакции лимитирует стадия внутренней диффузии. Какое изменение приведет к наиболее эффективному увеличению интенсивности процесса? Обосновать ответ.

Какие еще способы интенсификации процессов, протекающих во внутридиффузионной области, вы можете предложить?

Ответ: r = β(c_f-c_s), где β = D_эфф./(R-r)

r- скорость внутренней диффузии

β- коэффициент интенсивности внутренней диффузии

c_f – концентрация на поверхности твердой частицы

c_s- концентрация на поверхности ядра

D_эфф.- эффективный коэффициент диффузии (зависит от пористости и извилистости) D_эфф.= Dε/τ, где D- молекулярный коэффициент диффузии, ε – пористость, τ – извилистость. Для увеличения β нужно выбирать катализаторы с большой пористостью и малой извилистостью.

R- это радиус частицы

Для интенсификации процесса нужно измельчать частицы катализатора (R уменьшается, а β увеличивается, следовательно, скорость увеличивается).

Также можно увеличить концентрацию в потоке, следовательно, увеличится c_f.

32. Синтез этанола прямой гидратацией этилена C₂H₄ + H₂0 = C₂H₅OH (Δ H‹0) проводится при давлении 8 мПа. Чем вызвана необходимость использовать давление?

Ответ: Для смещения равновесия необходимо повышать давление.

P_общ.=Р_C2H4+Р_H2O+Р_ин.пр.

РН₂О-парциальное давлении паров воды над 85%-ой Н₃РО₄ при 280 С =2,8 МПа,

РС₂Н₄ определяется выбранным соотношением между Н₂О и С₂Н₄ = 0,6 (чтобы этанол получался менее разбавленным, а также не было разбавления катализатора Н₃РО₄) РС₂Н₄≈4,7 МПа

Р_общ ≈4,7+2,8+давление на инертные примеси ≈ 8 МПа

Если Р_общ>8МПа, то произойдёт конденсация водяного пара, разбавление Н₃РО₄ – потеря активности катализатора.

№32(2) В газовой фазе протекает основная (1) и побочная (2) реакции:

А + В ↔ С + D (∆H ‹ 0)

А + 2В→ S

Порядок реакции по компоненту А для основной реакции больше, чем для побочной (n₁ >n₂). Каким приемами можно сместить равновесие основной реакции и увеличить селективность процесса?

Ответ: Для смещения основной реакции в сторону целевого продукта, необходимо понижать температуру, понижать давление системы, также при увеличении концентрации реагента А, скорость основной реакции увеличится в большей степени, чем побочной.

33. Проведение процесса пиролиза нефтепродуктов сопровождается образованием кокса и требует понижения давления в системе. Каким образом реализуется понижение давления реагентов? Обосновать преимущества использования данного приема.

Ответ.

Понижение давления реализуется введением в реакционную смесь инертного компонента, в нашем случае - водяного пара.

Pэф. = Pобщ.(1-Ci), где Ci – содержание инерта.

Это технологическое решение имеет несколько преимуществ:

* Водяной пар дешев.

* Водяной пар легко отделяется на завершающих стадиях технологической цепочки.

* Водяной пар препятствует коксообразованию, а именно газифицирует образующийся на стенках труб кокс.

34. Процесс экзотермичен. Реагенты и продукты находятся в газовой фазе. Число молей продуктов больше, чем число молей реагентов. Процесс протекает с возрастанием энтропии. Как сместить равновесие реакции в сторону образования продуктов?

Ответ.

1) Оценка влияния на равновесие температуры.

Процесс экзотермичен => ∆H < 0.

Процесс протекает с возрастанием энтропии => ∆S > 0.

Исходя из ∆G = ∆H - T∆S,

∆G = - RTLn(Кр);

получим Ln(Кр) = ∆S/R - ∆H/RT. Окончательно, с учетом знаков:

Ln(Кр) = ∆S/R + │∆H│/RT, откуда очевидно что с ростом температуры константа скорости прямой реакции уменьшается. Т.е. для смещения равновесия в сторону образования продуктов необходимо понижать температуру.

2) Оценка влияния на равновесие давления.

Т. к. число молей продуктов больше, чем число молей реагентов, то понижение давления, в соответствии с принципом Ле Шатерье, сместит равновесия в сторону образования продуктов.

35. Окисление SO₂ в SO₃: SO₂ + 0,5О₂ ↔SO₃ (∆ H < 0) – обратимая экзотермическая реакция, которая проводится на ванадиевом катализаторе в интервале температур 400-600⁰ С. Какой приём применяют для получения большого выхода продукта? Объяснить суть приёма.

Ответ:

У данной реакции большая величина энергии активации (), поэтому применяют катализаторы. Чаще всего ванадиевые. У применяемых катализаторов рабочая температура 400-600 ⁰С.

Так как реакция экзотермическая, то для смещения равновесия вправо следует понижать температуру. Нижний предел ограничен температурой зажигания катализатора: 400 ⁰С. Но при такой температуре очень мала скорость процесса и при промышленных объемных скоростях не достигается требуемой степени превращения. При повышении температуры возрастает скорость реакции, но равновесие смещается влево, т.е. равновесная концентрация продукта (SO₃) уменьшается (см. линию равновесия). Верхний предел ограничен 600 ⁰С, т.к. при более высоких температурах катализатор теряет активность. Для получения высокой конверсии с требуемой скоростью процесс ведут по линии оптимальных температур (ЛОТ). Суть приёма состоит в следующем. Процесс ведут с уменьшением температуры в секционированном контактном аппарате: сначала реакционная смесь нагревается до температуры зажигания катализатора 400 ⁰С и поступает в первый слой контактного аппарата. В этих условиях велика скорость процесса и быстро достигается конверсия, близкая к равновесной. При этом реакционная смесь разогревается приблизительно до 600 ⁰С. После разогрева до этой температуры реакционная смесь охлаждается. Чаще всего выносными теплообменниками, реже – байпасным введением холодного воздуха. Последнее кстати дополнительно смещает равновесие в сторону продукта (повышение концентрации реагента). Затем охлаждённая смесь снова поступает уже во второй слой контактного аппарата. После разогрева реакционной смеси до определённой температуры (уже < 600 ⁰С), она поступает в следующий теплообменник. И так далее. В каждом последующем слое контактного аппарата температура понижается по сравнению с предыдущей, при этом уменьшается скорость процесса и увеличивается степень превращения. Количество слоёв определяется из экономических соображений. Таким образом, благодаря высокой температуре вначале процесса мы получаем большую скорость реакции. А постепенно охлаждая реакционную смесь в каждом слое повышаем выход продукта. (в данном случае все слова «конверсия» и «степень превращения» можно заменить на «выход», т.к. процесс простой и селективность = 1).

36. В эндотермическом газофазном процессе число молей продуктов меньше, чем число молей реагентов. Реакция характеризуется убылью энтропии. Как сместить равновесие реакции в сторону образования продуктов?

Ответ: Энергия Гиббса равна . Из условий задачи получаем: (эндотермический процесс), (энтропия уменьшается). Получаем, что . При равновесие реакции сдвинуто влево, выход продукта мал. (это почти не реализуемые процессы).

В соответствии с принципом Ле Шателье («Если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-нибудь из условий, определяющих положение равновесия, то в системе усилится то направление процесса, течение которого ослабляет влияние произведённого воздействия, и положение равновесия сместится в том же направлении». Т.е. равновесие смещается в сторону тех условий, которые ослабляют внешнее воздействие.) сместить равновесие в сторону образования продуктов можно следующим образом:

- повысить давление, т.к. число молей продуктов меньше, чем число молей реагентов.

- если есть инертные примеси, понизить их содержание (равносильно повышению давления).

- несмотря на то, что реакция эндотермическая, повышением температуры мы не сместим равновесие в сторону продуктов, т.к. энтропия уменьшается, и повышая температуру, мы лишь увеличим положительное значение энергии Гиббса.

37. Какие приемы используют для сокращения потерь энергии в химико-технологических системах?

Какие приёмы используются для реализации принципа наилучшего использования энергии при проведении процессов при высоких температурах?

Ответ: Высокотемпературные процессы (при t>273К) используют главным образом для изменения физико-хим свойств сырья, а также для интенсификации хим реакций. Эту энергию получают при сжигании различных видов топлива (угля и продуктов его переработки: кокса, доменного и коксового газа, жидкого топлива), непосредственно в технологических устройствах. Необходимо создать: безотходное производство, технологическое комбинирование, комплексное использование сырья, разработка энергосберегающих технологий- агрегатов большой единичной мощности-сконцентрировать энергию, организовать химико-энергетические системы, в которых наряду с продуктом образуется энергия-продукт.Это уменьшит капиталовложения, материалоемкость, увеличит производительность труда, сократится производственная площадь.

В структуре себестоимости стоимость энергии достигает 60%, а степень использования энергии в ХТС не превышает 30%. Следовательно есть тепловые выбросы.Задача: надо уменьшить расход энергии на единицу выпускаемой продукции и сократить потери в окружающую среду.Для этой цели используются следующие приемы:

1. регенерация теплоты, т.е. подогрев входящих потоков нагретыми продуктами реакции.

Это осуществляется:

1) непосредственный теплообмен,

2) через теплообменную поверхность.Но: бывают очень высокие температуры и требуется большая поверхность дорогостоящих материалов, химически-агрессивные среды.

3) При помощи тепловых агентов

2. сокращение тепловых потерь

1) изоляция аппаратов

2) подача исходных реагентов в пространство между катализаторной коробкой и стенкой аппарата

3.принцип противотока

4. организация автотермических процессов, когда количество теплоты, необходимое для нагрева газа до заданной температуры перед входом в реактор, поставляется газом покидающим реакционное пространство

1) регулирование нагрузки на реактор

2) совмещение реакций с разными тепловыми эффектами(получение формальдегида окислительным дегидрированием метанола)

5. энерготехнологические системы: наряду с химическим продуктом производится

энергия.

38. В исследуемой системе реакция аА + вВ ↔ сС (∆Н > 0) идёт в газовой фазе. ∆G⁰₂₉₈ = 60 кДж/моль. Что нужно сделать, чтобы сместить равновесие в сторону продукта реакции?

Ответ: Ле-Шателье: если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, воздействовать извне, изменяя какое-нибудь из условий, определяющих положение равновесия, то в системе усилится то направление процесса,течение которого ослабляет влияние произведенного воздействия, и положение равновесия сместится в том же направлении. -Q, Н>0 увеличиваем температуру, самопроизвольное протекание процесса невозможно, К_р< 1, вводим реагент в избытке

.

39. Какие приемы применяют для реализации принципа экологической безопасности при производстве азотной кислоты? Какие требования предъявляются к отходам, образующимся в химико-технологических системах?

Ответ: Неуклонный рост производства азотной кислоты тесно связан с увеличением объема отходящих газов, а следовательно, с ростом количества выбрасываемых в атмосферу оксидов азота. Оксиды азота очень опасны для любых живых организмов. Некоторые растения повреждаются уже через 1 ч пребывания в атмосфере, содержащей 1 мг оксидов в 1 м воз духа. Оксиды азота вызывают раздражение слизистой оболочки дыхательных путей, ухудшение снабжения тканей кислородом и другие нежелательные последствия.

Хвостовые газы производства азотной кислоты содержат после абсорбционных колонн от 0,05 до 0,2% оксидов азота, которые по санитарным требованиям без дополнительной очистки запрещено выбрасывать в атмосферу.

Радикальное решение проблем очистки хвостовых газов — каталитическое восстановление оксидов азота горючими газами — водородом, природным газом, оксидом углерода, аммиаком. Условия проведения процесса и тип используемого катализатора определяются видом применяемого газа. Восстановление оксидов азота снижает их содержание в очищенном газе до 0,001—0,005%, что обеспечивает санитарные нормы по содержанию оксидов азота в приземном слое воздуха при мощностях производства кисло ты до 1 млн т/год, сосредоточенных в одной точке и при высоте выброса 100—150 м.

На ряде существующих предприятий по производству азотной кислоты под давлением применен метод очистки, в котором восстановителем является природный газ, а в качестве катализатора используется палладий на носителе, в качестве второго слоя катализатора — носитель (оксид алюминия).

На катализаторе протекают следующие реакции:

СН₄ + 20₂→СО + 2Н

СН₄ + 2N0₂→ N₂ + СО₂+H₂O

СН₄ + 4N0 → 2N₂ + Н₂O + СО₂

Метод обеспечивает снижение содержания оксидов азота в выхлопных газах до 0,005%. Теплота реакции используется для получения пара. данный метод очистки органически связан с технологией производства азотной кислоты. Он нашел применение в агрегате, работающем под давлением 0,716 МПа, и в агрегате АК-72.

В качестве восстановителя вместо природного газа применяют также аммиак. Этот метод характеризуется тем, что на алюмованадиевом катализаторе аммиак реагирует только с оксидами азота, т. е. обеспечивает селективное восстановление:

NН₃ + бN0 – 5N₂ + 6Н₂O

Одним из наиболее реальных способов утилизации оксидов азота, обеспечивающих санитарные нормы содержания оксидов азота в приземном слое атмосферы после рассеивания их из выхлопной трубы, является адсорбционно-десорбционный метод, в котором используется непрерывно циркулирую сорбент (силикагель). Разработаны способы адсорбции на молекулярных ситах, промывки кислым раствором мочевины и другими промывными жидкостями.

На современных установках получения азотной кислоты нет постоянных источников сточных вод. Эти установки потребляют большое количество оборотной охлаждающей воды. Растворы, периодически сливаемые из насосов и другого оборудования, например при проведении ремонта, собирают в приямок и нейтрализуют.

Основные требования, применяемые к отходам: 1) должны легко утилизироваться или регенерироваться, 2) должны легко аккумулироваться природными системами.

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)

43. С какой целью синтез метанола проводят с большими объемными скоростями? Что необходимо предусмотреть при выборе оптимальной объемной скорости?

CO+ 2H₂ CH₃OH H>0

Ответ: Условия проведения процесса:

Исходя из термодинамики и кинетики процесса выбирают условия его проведения на соответствующих катализаторах. Так, в промышленных условиях на цинк-хромовых катализа­торах процесс ведут под давлением 25—70 мПа, при темпера­туре 370—420 °С, объемной скорости подачи газовой смеси-10000 -35000 с^-1(т.е. время контактирования 10000 -35000 с) и мольном соотношении Н2:СО=(1,5—2,5):1. Обычно исходный газ содержит 10—15% инертных примесей. В связи с этим требуется непрерывный вывод части рецикла газовой смеси (примерно10%) из системы. В этих условиях конверсия СО за один проход составляет 5—20% при выходе метанола 85—87% от стехиометрического. Непревращенный газ возвра­щается в реактор после конденсации метанола и воды. Одно­временно с метанолом образуется ряд побочных продуктов: диметиловый эфир, высшие спирты и др.

При работе на низкотемпературных медьсодержащих ката­лизаторах давление поддерживается в пределах 3—5 мПа, тем­пература—230—280 °С, объемная скорость 8000—12000 ч^-1, мольное соотношение Н2:СО=(5—7):1. Обязательным услови­ем успешной работы низкотемпературных катализаторов явля­ется присутствие в газовой смеси 4—5% (об.) диоксида угле­рода. Он необходим для поддержания активности таких ката­лизаторов.

При циркуляционном процессе для его интенсификации и уменьшения количества побочных продуктов повышают объёмную скорость подачи сырья.

При более активном катализаторе возможны и более высокие скорости.При этих условиях процесс – сложный, обратимый несмещенный, гетерогенный каталитический.

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

А + 2В↔ C + D (∆H > 0) (1), C + A ↔ 2 R (∆ H < 0) (2)

В каких условиях надо проводить процесс для получения максимальной селективности образования продуктов основной реакции?

Обосновать выбор. Какие еще способы смещения равновесия можно использовать в данном случае?

Ответ: Необходимо получить максимальную селективность образования основной реакции

Селективность (избирательность) - S_i^A - отношение количества полученного целевого продукта ni (моь) к теоретически возможному его количеству ni теор (моль) при данной степени превращения исходного реагента

Где А – индекс, обозначающий исходное вещество, по которому рассчитывается селективность

i – индекс, обозначающий продукт реакции, для которого ведется расчет

Селективность показывает долю полезно израсходанного на целевой продукт сырья.

Таким образом, для повышения селективности образования целевых продуктов необходимо уменьшить выход продукта в побочной реакции.

Для этого нужно сместить равновесие в левую сторону согласно принципу Ле –Шателье.

1. реакция экзотермическая и идет с выделением тепла, следовательно для смещения равновесия в сторону исходных веществ нужно повысить температуру.

2. можно повысить концентрацию R, не выводя продукт из реакционной зоны

3. повышение или понижение давления не влияет на протекание процесса, так как число молей реагентов эквивалентно числу молей продукта

Кроме того, необходимо обеспечить смещение равновесия основной реакции в сторону образования продуктов. Для этого:

1. нужно повысит температуру, так как реакция идет с поглощением тепла

2. так как число молей реагентов превышает число молей продуктов, необходимо повысить давление для смещения равновесия вправо

3. по той же причине ( n<0) можно ввести инертный разбавитель для уменьшения накопления примесей в системе

При полном расходовании реагентов в основной реакции побочная реакция протекать не будет, следовательно процесс будет идти с максимальной селективностью по целевым продуктам.

45. Первая стадия производства бутадиена – дегидрирование бутана

С₄Н₁₀ ↔ С₄ Н₈ + Н₂ (∆ Н > 0) осложнена крекингом бутана

С₄Н₁₀↔ С₂Н₄ + С₂Н₆ (∆ Н > 0)

Энергия активации крекинга бутана имеет более высокое значение. Что можно предпринять для повышения селективности процесса?

Ответ: Поскольку E₂ > E₁, то для увеличения селективности процесса необходимо уменьшать температуро, но это приведет к уменьшению скорости процесса.

Также обе реакции, и главная и побочная являются эндодтермическим, а это значит, сто снижение температуры приведет к смещению равновесия влево (уменьшению выхода продукта, снижению селективности)

Поэтому для увеличения селективности необходимо вводить селективный катализатор, понижая таким образом E₂

46. В газовой фазе протекают параллельные реакции: А → R (∆Н > 0) (основная) и 2 А → S (∆H < 0) (побочная). Энергия активации основной реакции Е₁ больше, чем побочной Е₂, а порядок реакции по компоненту А для первой реакции меньше, чем для второй. Как увеличить дифференциальную селективность процесса?

Какие приёмы Вы можете предложить для подавления побочных реакций?

Ответ: Т. к. E₂>E₁, то для увеличения селективности процесса необходимо уменьшать температуру, но это приведет к уменьшению скорости процесса.

Основная реакция является эндотермической, это значит, что снижение температуры приведет к смещению равновесия влево (уменьшение выхода основного продукта, снижение селективности)

Для увеличения селективности необходимо вводить селективный катализатор, понижающий E₂