Литературный обзор, Селективный обмен веществом с окружающей средой - Разработка технологической схемы получения анизола и крезола

При использовании разомкнутых химико-технологических систем в большинстве случаев принципиально невозможно проведение процессов при практически полной конверсии реагентов и полном разделении продуктов реакции из-за наличия термодинамических ограничений, связанных с химическим равновесием.

Преодоление указанных ограничений возможно при использовании технологического принципа, базирующегося на организации селективного обмена веществом реакционной системы с веществом, что позволяет создавать в реакционной зоне необходимые условия для протекания целевых реакций с высокими скоростями и обеспечивать в системе практически полную конверсию и селективность[3].

Селективный обмен веществом с окружающей средой

Селективность - количество исходного вещества, превращенного в целевой продукт, которая оценивается отношением скорости целевой реакции к общей скорости превращения необходимых веществ. Повышение селективности процесса, протекающего в реакторе, стремится уменьшить расход сырья, т. е. экономия сырья.

В нефтехимии ректификация широко применяется в качестве метода выделения и очистки разнообразных продуктов нефтехимического синтеза. При этом по мере повышения селективности процессов, роль ректификации возрастает, в ряде случаев появляется возможность использования ректификации вместо более сложных методов -- экстракции, экстрактивной или азеотропной ректификации.

Исследования по созданию новых и интенсификации существующих термических процессов ведутся в направлении совершенствования аппаратурного оформления процессов, выбора оптимальных технологических режимов, повышения селективности процессов, сокращения энергозатрат и капитальных вложений, нахождения новых модификаций и оптимальных сочетаний их с другими процессами и т. д.

Одним из основных принципов, позволяющих наиболее полно использовать сырье для получения целевых продуктов, является повышение селективности процессов. Селективность процесса зависит, прежде всего, от катализатора, а также от условий проведения процесса: температуры, давления, концентрации реагентов, растворителя, времени пребывания реагентов в зоне реакции и других параметров, от термодинамического равновесия, а также типа реактора. При этом выбор оптимальных параметров позволяет достигнуть максимальной селективности процесса. В подавляющем большинстве случаев помимо основной реакции протекает еще ряд побочных параллельных и последовательных реакций. Таким образом, селективность процесса зависит и от параметров каталитических процессов, поэтому ее следует относить к определенным условиям проведения процесса. Ниже будут рассмотрены примеры влияния различных параметров на селективность. Температура и давление могут влиять на селективность процесса как положительно, так и отрицательно, т. к. помимо возрастания скорости целевой реакции растет возрастание скорости побочных реакций. Таким образом, при выборе температуры и давления проведения процесса необходимо учитывать термодинамические и кинетические зависимости реакций, а также рабочий диапазон катализатора. Качество сырья определяет также стабильность и срок службы катализатора: чем мягче проведение режима работы установки, тем больше срок службы катализатора. В аппарате идеального смешения концентрация изменяется практически мгновенно и движущая сила на протяжении всего процесса остается постоянной и равной своему конечному и, значит, наименьшему значению. В аппаратах периодического действия движущая сила процесса и, следовательно, его скорость монотонно падают. Характер изменения концентрации в аппарате обусловливает не только скорость процесса и производительность единицы объема аппарата, но и селективность процесса. Так, если в результате взаимодействия компонентов получается целевой продукт, который далее может превращаться в нежелательные продукты, то количество целевого продукта будет тем меньше, чем больше отличается характер изменения движущей силы в данном аппарате от характера ее изменения в аппаратах идеального вытеснения и периодического действия. Осуществление процессов в аппаратах идеального смешения определяет в целом более низкую селективность, чем в аппаратах идеального вытеснения.

Использование катализатора в процессе приводит к подавлению побочных параллельных и последовательных реакций, а также ускорению скорости реакцию. При блокировке активных центров катализатора, падает не только активность самого катализатора, но и селективность процесса. Так в процессе каталитического крекинга азотистые основания адсорбируются на активные центры катализатора (цеолит), блокируя их. После выжига кокса активность отравленного азотистыми основаниями катализатора полностью восстанавливается. В способе управления процессами получения циклогексанола или циклогексанона используют методы разбавления верхних и средних слоев катализатора по высоте реактора гидрирования при соответствующем контроле температуры, что повышает селективность и скорость проведения процессов при превращении фенола или бензола в циклогексанол или циклогексанон. Также для повышения селективности исключают побочные реакции контролем температуры по высоте катализатора. Для исключения взрывоопасных ситуаций используют ртсекатели и для повышения эффективности процессов используют циркуляционные газы, что в итоге повышает эффективность производства. [7]

При анализе стационарных состояний прочных реакционных систем, сталкиваются с некоторым противоречием, работа реактора при высоких скоростях химической реакции приводит к низкой конверсии в аппарате. Следовательно, для проведения процесса при одновременно высоких значениях скорости химической реакции и конверсии необходимо, чтобы состав на выходе из реакционной зоны, определяющий скорость химической реакции не совпадал с составом на выходе из системы, который определяет конверсию в ней. Это возможно при использовании массообменных процессов[4].

Для реализации селективного вывода продуктов реакции из системы применяют процессы рециркуляции - это процессы синтеза и разделения, проводимые последовательно и в разных аппаратах (например, в реакторе и ректификационной колонне, охваченные рециклом по реагентам).

Похожие статьи




Литературный обзор, Селективный обмен веществом с окружающей средой - Разработка технологической схемы получения анизола и крезола

Предыдущая | Следующая