Физико-химические основы технологических процессов

Описываются физико-химические основы процесса получения продуктов. Указывается химизм реакции по стадиям, приводятся уравнения основных и побочных реакций, кинетические уравнения, конверсия и выход по стадиям процесса.

Физико-химические основы процесса позволяют обосновать нормы технологического режима в реакторе (концентрации, температуру, давление, степень превращения и т.д.).

Следует помнить, что нормы технологического режима определяются как кинетическими, так и технико-экономическими показателями. Так, повышение температуры ведет к увеличению скорости процесса и к повышению производительности единицы объема реактора, но с ростом температуры может, например, уменьшаться селективность процесса, т.е. увеличиваются затраты сырья. Кроме того, верхний предел температуры может определяться и термической устойчивостью перерабатываемых и получаемых веществ, а также свойствами энергоносителей и катализаторов.

Давление в аппарате определяется не только исходя из кинетических зависимостей процесса или константы равновесия, но и исходя из затрат на создание давления или вакуума, требований техники безопасности и т.п. Например, назначение в аппарате давления меньше атмосферного нецелесообразно там, где перерабатываются огне- или взрывоопасные вещества при температурах выше температур самовоспламенения. Целесообразно в этом случае вместо вакуума работать при давлении выше атмосферного или применять инертные разбавители для снижения парциальных давлений перерабатываемых веществ.

Величина времени контакта в аппарате определяется, в основном, зависимостью селективности от степени превращения, поэтому стремление к полному превращению сырья может привести иногда к неоправданному увеличению реакционного объема.

Концентрации реагентов определяются стремлением достичь не только высоких скоростей процесса, но также обеспечением высокой селективности с учетом кинетических порядков основной и побочных реакций. Выбираемые концентрации могут определяться величинами вязкости растворов, стремлением обеспечить требуемые режимы теплообмена и т.д. Иногда целесообразно для поддержания высоких скоростей процесса и больших степеней превращения поддерживать в реакторе избыток одного из реагентов. Обычно выбирают для этого реагент дешевый и легко выделяемый в дальнейшем на стадии очистки. Такой прием при назначении норм технологического режима позволяет добиться более полного использования дорогого и дефицитного сырья за счет рационального соотношения реагентов в реакторе.

Нормы технологического режима являются основой для расчета материального баланса производства. Если в проекте предусматриваются изменения, направленные на улучшение технологических показателей процесса, то надо брать не заводские показатели, а те, которые предполагается достигнуть при внесении в проект изменений.