Книга: Химическая технология и основы промышленной экологии

Распознанный текст из изображения:

й. ГктВРОГКНННК ПРОПДССН

Гетерогенные процессы основаны нэ взаимодействии меыду рва-

гентами, нзходящнмиоя в разных фэвэх. Канвтакз гетерогенного

процесса определяется не только окороотью химического превращв-

нвя, но и окоростью ды)фуэии, которая еависат от типа гетероген-

ной системы. Но для всех гетерогенных процессов характерна пд-

нз особенность, заключающаяся в услоиненкк ах лавенами диффу-

зии и в свизи с зтим уолсзненнем математического ппиоанкя око-

рооти. Общим для всех гетерогеыах процессов является то, что

кинетическое уравнение описывает рееультируюаую (суммарную)

скорость гетерогенного процеоса, включзкпую скорость химического

превращения и скорость ды)фувиа.

Составляющие суммарной окороста могут иметь близаав аначв-

ная нли енгчнтельно отличаться друг от друга. В еавиоиноота от

ооотноиения немцу скоростью химическоА реакции и окороотью дмр-

фувии химические процеосн в гетерогенных оаетемах могут протеааъ

лабо в кинетечесаой, либо в дырруэионной, аабо в переходноА

облвстлх.

Гетерогенные процессы, аротекээщке в кинеткчесвой облаота,

характеризуются тем, что скорость химической реакции лимитирует

весь процесо, а скорость двааенвя потоков н их фавачвоаие свойст-

ва не оказывают нз него эзмйхногр елизния. Условия для вовнаа-

новения такой си~уации поедаются при низких температурах и давле-

ниях и большак скоростях газового потова. Для расчета гетероген-

ного процесса в атом случае достаточно айнетичеоких зависимостей

бев .учвейа влаания диффузии,

Дая раочетв химических процеосов, протекэкщих в диф1уэзон-

ной области, следует испольэовать взвисимооти, харзэтеривуэщие

дифрузию, таа кээ в етом случае оаорость даЩбвии реагентов к

вона реэкцак лимитирует веоь процесс и зависит от скорооти два-

нения потоков и их физических свойств. Условия для вовныанозенкя

лимитирования со стороны дм)фувионных стадай ооэдзются прн про-

веденза процессов пра высоких температурах и давлениях а мзлых

скоростях газового потова.

Для гетерогенных процесоов, протеазюцах в переходной об-

ласти, характерно совемериасе влияние дю$9ъвк в кинетики хвми-

чвсквх превращений нз общую окорооть ароцесоа.

Ип ивзоыеннога сэе

а следует, что для исследования кинетизк гетерогенного п асса званым

роц ваным фактором является понятие лимитирующей стадии кэк отадаи, определяющей скорооть процесса в цеаоы. Обычно изучение кинетики гетерогенного про

процесса начинают с установления ламвтарующей стадии.

уравнения винетаки гетерогенного процесса являются основой математического описания химического реактора;

р ; от точности киыетнческах урввнений зависит точность всего последующего рэочбта реактора и адекватность матенвтачесвой модеаи реальному обьезту.

йабораторнзя Цель работы;

Р'бота И)САВДОВАНИЕ ПРСЦКССА Ожнгй КОАЦИДАНА

звучание кинетики обиига колчедана и опрвдел лимитирующей стадии процесса.

Обккг колчедана является типичным примерок гетерогенного высокотемпературного процесса в оистеме гза - твбрдое вещество, которнй аскет быть описан суммарной химачеоаой реакцией ЮО, ~ 4УЕ1г ЯУОг е2~~гО, ад(г) ° 8 5(т) — г ЙЦ + у5(т) Для математического описания процесса мохет быть использована кинетическая модель с фронтззыеаэ перемещением ванн реазцим (модель с непрореагироэзвмнм ядром), аоторая предпоаагает, что химическая реакция протекает нэ поверлноотк чзстмцы и пооае. ее эаверюеная зо вэзавдействие вступают глубинные сао и, а зона р кц течением времени перемещается в глубь част зяи ва собой твй А и

птицы, остаз-

о тв'рцнА продукт реакции. Согласно етой модели гетерогевже процессы хзрэктерквуютчя наличием нескозьа

аих пооледовв-

тадк: ) внеюняя даф$увия газообразного рвагентз й,, через погрзначэай гааовый слой) 3) внутренняя

нняя д~акя гззоравного реагента А чарва слой волы к поверкнсютк

реакция на поверхности ядра; Ф) вщутрелыаа ды)фузея гззообрээюго продукта реакций ) 5) внеаыая дмуфу эаа газооб- З и

Распознанный текст из изображения:

перед началом звопериментз слупит барботер 29. Во время алоиз рамента ирен 23, соединяющий барботер 29 с линией подача Л)л , долпен быть закрыт, з иран 27 откгыт. Осупеннне диоаоид серн п поздух поотупают в спаситель 7, оттуда газовую омесь напразаяют в реактор 5, предстзвляюций собой обогреваемую елватропечью иеарцевую трубку, заполненную каталпаатором СВК.

Температуру и слов катализатора определяют с помощью хрп мель-алюмвлевой терыопзрн и регистрируют мплливольтметром 9. Установка онабкена полуавтоматичесиой системой поддериания температуры в реакторе, состоящей ив ЛАТР, термореав, потенцнометра НЬП и термопарн.

После аонтзатирования гааоазя смесь проходит через сепаратор 12, погаотитеаьную акаянку 14 с концентрированной серной аисаотой для улавлиаания триоасида серы и серноаиолотного тумана, склянку 15 с раствором КОН для улавливания непрореагироаааюего ) 1)л и аыбрасываетоя в атыос9вру.

Содеркание диоксида серы в газовой оыеск до и посав контзктирования определяют йодометричеоинм методом (мвтодон Рейха), в ооноее которого лепит реаициа

В иачестве индикатора и раствору йода добавляют 1% ный водный раствор ирахмала. Момент окончания взаимодвйотаия йода о

диоасидом серы отмечают по обесцвечиванию раствора.

Для проведенкя анализа газовой смеси до и после вонтаатирования в поглотительные свлянии 23 н 19 налиеают 10 и 5 мя

соответственно 0,1 н раствора йода, доливают до середины поглотительных склянок дистиллированную воду и добавляют 6-10 капель

крахмала. Затем, подсоединив погаотительные оваянии, проверяю»

.герметичность узлов анализа, дзя чего открывают краны 21 к 17

на аспираторах и идут превращения истечения поды из славных

трубок аспираторов. Краны 21 и 17 оставляют отврыттюи.

Для определения содеркания ХОл в газоеой снвоа до аонтзктироазния, убединапсь л герметичности узла аналква, остороямо отиризают кран 11 и медленно пропускают гзв через поглотктвльиую склянву 23 таз,'чтобы он проходил чарва слой раотеора . отдель»пап пузыриками, а вода па зспарзтора аытзаалз и меряй

цнаиндр пре)ываотой пепельной струей. В момент обесцаечивания

22

рпптзора перекрывают иран 11. После прекращения истечения лодн па зспиратора закрывают кран 21, замеряют объем и' вытвипей ° щйя, резреиение по (У -обрзанощу манометру 20 а темперзту)п.

Анализ газовой смеси после вонтаатировзнап проводят анаасгюаным образом с использованием поглотатвльной слиянии 19, прайа 17 и аспиратора 13.

ов и овв ения апспе аментз

1. Включить злеитропечь п с помощью прибора КВП установить по

показаниям миллиеольтметра 9 в контактном аппарате 8 температуру в соответствии с заданием. Одновременна включить аоадуходуеиу 1 и при помощи маностата В по реометру 4 установать заданный расход зоапуха.

2. Установить заданный расход ЗОЛ , пользуясь наностатом 26 и

реомвтром 25.

Э. Выдеркать установленный репам е течение примерно 10 мин.

4. Приготовить титрованный растеор йода и деух поглотитеаьних

склянках 23 п 19 для определения концентрации ъ Оу на входе

н анходе ие аонтаатного аппарата, псдсоеданить склянка к проверить узлы установки дая анализа ва герыетичность.

5. Провести даз параллельных анализа газовой смеси на содерханае

8ь)я до контааткрования описанным способом к реауаьтаты аанести в табл. 2.2.

6. Провести дза параллельных анааиез газовой омеси на содеряанае

ЮОл после вонтаытирозания описанным способом и результаты аанвстн в табл. 2.2.

7. Установить слелукщее значение изучаемого параметра в соответствии с заданием и снова проанализировать газовую смесь на

содврканив 80л до и после аонтакткрования (повторить указанное в п.п. 4,5,6).

б або иа вз льтатсв авспе пмента

1. Для аапдога проаеденного акспвринента рзсочитать объемную долю диоксида се)ы з газовой смеси до и после контзвтирования ( й в С ). з тавхе степень превращения Хр . Для етого кспсльеуются результаты анализа по методу Рейха. Объем 404 в отобранной на анализ пробе газовой смеси определяется ислачлотзом йода, карзсходованного на реакцию (2.5). Длк анализа

23

Распознанный текст из изображения:

Таолнца 2.2

ьтвты иосследовання процесса окисления диоксида серы

кспольвуетоя 0,1 н раствор йода, содеркащий в 1 актре раствора 0,1 эквивалента йода, оледовэтеаьно 1 мл раствора содериит 10 эквивалента Иода. Реагенты вваимодействуют друг о

другом в вквавалентных количествах, т.е. о 1 эквивалентом 73

вваимодейотвует 1 эквивалент ЯОл (32 г), а о 10 вкаивален-

-4

та Рй вступает в реакцию 0,0032 г ХОЛ

На основание сладствия ив вакона Авогадро при нормалывх уоловиях вто количество ЗОЛ ванимает объем 1,12 ыл.

Чтобы рвоочитать концентрацию Хь)л в гавоеой омеои, необходимо определить объем непрореагировввикх гааов, собранных

в вспираторах к привести его к нормааьным усаовилм

где Мтс - объем воды, вытемаей кв аспкратора, мк;

)ОГ - бароиетричесаое даваенае, мм рт.ст.;

Ь~' - раврвкенке в вспараторе, мм вод.от. 1

(О" - дававние насыщенных водяных паров при температуре

в аспираторе, мм Рт.ст.;

4лл — ало~нос~в ртути, г/оме.

Тогда на входе в контактный аппарат концентрация Я ооо° тввит Гуу ГО

1/УМ в(4

а

концентрация ~% на выходе ив ионтактного аппарата

Ф,Ы Г

ь = ~ а К (~.

Степень превращения .ьОл (бвв учета уменьшения объема гавсвой овеса) расочитывают по сюрмуле

Я мй~

я ~ф.

йа ПааУченные вначениЯ Степеней пРевРаЩенан ванести в табл. 2.2

й востроить гра~рик зависимости Ху от ивучаемого параметра.

3» Доставить материааьный балано контактного аппарата для одного

.щв вкопериментов. Ревультаты расчета свести в табл. 2.3.

ЛгА — (;Ы,66 - ~'-'~ У 6; Таблица 2.3

Таблица материального бааенса контактного аппарата

4к Рвсочктать оптимальную температурную последовательность. Для

етого необходимо определить вавкоимость окорости реакции от температуры при равличных вначениях степени превращения ,лык по уравнению (2.7). В вто уравнение входит величина аонстанты равноаеоия )~~а, для раочета которой кспоаьвуют уравнение (2.2).

Мъвмцую долю кислорода в исходной омеса 3 расочитыввют по фравнению

8 . й-а).о,к

Расчеты необходимо провести для 4-б еначений отелини превращв((йя в интервале ивмененкя Лл от 0,5 до О,ьо. Для каидой атепаюй превращения скорость рассчитывают в интервале температур от

25

~,:;о,'ыя . ы'мйлйыл.'магмы":мапаиб 1"'~с)а~.~м

Распознанный текст из изображения:

400 до 600 С с шагом 20 С. В связи с труяоемкосткв расчетов скорооти реакции их целесообразно провести с копольвованием ЭВИ. Программа расчета приведена в приложении 2. 5. Построить линию оптимальных температур Хл,ерй (7) в координатах Хл — 7! Для етого предварительно построить зависимость Жл ( Г) при выбранных для раочвта степенях превращения в определить температуры, соответствующие максннумам скорости при заданных степенях превращения. 6. Раосчитать равновесную степень превращения Хл,а в заданном температурном интервале по уравнению (2.6) а поотроить кривую Хяа~Т). Для расчета 2ф,е методом итераций исоокьаовать программу для дон, приведенную в прилохенив 2. Примечание: зависимости ХфЮ~рртМ,'Х~йе (Т) должны быть по-

строены на одном графике в одном масштабе. П авила техникы безопасности.

о 1. Температура в контактном аппарате должна быть не более 600 С. 2. Подачу диоасида,серы ие баллона в установку осуществляет пре-

подаватель иаи деяурнлй лаборант. Не допусвать утечек 80л . В. Соблюдать бпторожнооть при работе о раствором йода. При попа-

данин йода на руки сныть его большим колвчеством воды. 4. При поаьвовании кранамн плавно поворачивать пробку крана, нв

выдергивая ве на нуфты. Б. По окончанаи работы еаврыть вентиль на баалоне о 80л, вылить соде(шансе поглотвтваьннх склянок в канааввацвю и ооуществвть пролувау установки воздухом в течение 1-3 ч при температуре 500 сС для рагенерацни катализатора. 1. Сформулируйте цеаь лабораторного иоследоаания. 2. Расскажите о назначения, устройстве и принципе работы следукщих.аппаратов и приборов лабораторной установки: реактора, маностата, реометра и вспирвтора'. Обзвоните назначение проверки на гершетичнооть. о. Для чего проводвтоя осушка воздуха в '% в лабораторной

уотаноааеТ 4. Какие меры предприняты дян очистки газа пооле кОнтактврозаыня

26

мв лабораторной устаноаке7 6.. Расскажите о фааико-химических основах процесса окисления

диоксида серы. 6, Каа рассчитывается фактичеокая отесень превращения Ыл 7 ,Объясните методиау определения концентрации ХОл в газе. Как расочитываются концентрации ХОЛ и кислорода е гааовой смеси? 7. Дайте определение равновасной степени превращения. Как най-

ти равновесную степень превращения ХОл7 В, Каким образом зависят фавтическая и равновесная отепени пре-

вращения 50л от температуры7 9. Дайте определение понятия "линия оптимальных температур".

Уаажите порядок ее построения. 10.Нарисуйте схему промышленного контактного аппарата. Проано-

вввируйте его работу, 11.Какие катализаторы применяют для окиоления диоксида серыу Дайте определение понятия "температура зажигания катализатора". 13.Расскажите об очистке обжигового гава а производстве серной кислоты иа колчедана перед подачей е контактный аппарат. Казне примеси в обжиговом газе являютск яками для каталказкора овисления .50Л 2 13,Объясните сущность двойного контактирования (ДКДЛ). йабораторная работа. КАТАЛИТИЧЕСКИИ КРЕКИНГ НЕФТЕПР(ДУКТОВ Цель работы: определанна кинетических характеристик процесса и определение на их оонаве оптимальных технологических показателей процесса катааитического крекинга. Нефть является ценным природным сырьйм для мисс ах отрк:л~л народного хоаяйотаа. В процеосе ее переработки получают равли пюе виды топлива, смазочные масла, растворктели, индиаидуалкми угло-

лгл

Распознанный текст из изображения:

н>

н>с

водороды, хидкив и твврдые смеси углеводородов, нерв>пв>в биту>ы, тсхначеокай углерод (саку) к другке нафтспрод)аты.

Основыув массу нефти состэввяпт углеводороды — вака>к> (пврафкновые, (.нкао и ), например, геасвн, оптин и другие; цкваоааванн (нафтеновые, цыпка- Сс Нал ), например, цкклогексан> врвнк (вроматичвсавв, С~Нь-в ; Л м 5), например, бенаоа, тоауоа.

Дая получения ряда ваанвйиих нвфтепродуктов и повнквнкя нх качества в нефтеаерврабатывнпаей про>вмменности мирово испоаьвумт квтзактичесаве процессы переработки, среди которых парным повучав нвибоаьмее распростренвнне ватзлктичвокий крвввнг.

В процессе ватааатачеоаого крваингв цвавмв> продуктом яааявтся высоаооктановнй бананы (октановое чисао 80 - 90). Вроне того, поаучают угввводород>мй гаа, соде(мацки в свойм соотава смеов пронин-пропквсна, бутан-бутиаеноп а пентвн-амивеноа, содеравнкв каомвр>вкк совдинвнвй в нйм достыгвет Вй-40$. Вто дакает ганн ватавктачеоиого арввангв це>ив>м снръйм дка не(мвхимичеовнх прописав Прсвуктамв крвкингв яваавтся такие асганй а т>акеанй гавойаь.

В качестве смръа квтавктачвсаого арваинга аопоапаумт аарооано-гавойиввне фраацаа, ваву)ямкой гааойаь прю>ой гонка а др. Процесо катвиитичвского крекинги проводвт в паровой фавв пра 730- 800 й под дввавнвем не внив 0,15 МПа в присутствии ааамосааакатного цеоаатоодеркзщего катааиввторв. йристааавчеоккв аакмооиааквтм о добавками сантетачвсквх цвоватов (до 205) кмввт вмсоаум механическую прочнооть, уотойчввм в аотвранам, те)в>остойаа ° дант сов>ванный выход бенпкна (до 45~09.

В нзстоащвв время в про>и>иаеннооти прамв>кют> и оонсвкв, два типа установок катааатачвского крекинги>

- о пиотта>м своем цирвуакрующвго марикового квтваиивторв; - о поевдоовиивн>вм своам цврвувврумавго мввросферичвового квтааиааторв.

Особенностью ката>и>тнчвского крекинги является быстрая дезактивация катализатора (чарек 10-15 мнн) вв счст отксисннл углародкстых остатков н превращения нх в кокс. Позтему катвлкэатср необходимо часто реганеркроаать путем в>ангвннл воадухем >окса с поверхности катванааторв.

Основой процесса крекинги окупит рсак>в>н раещепаанни угавводородов по свивки С-С, процессы гндрнроввния, дегкдркроавнкя, вакилироввння> давлкнлнровэння> нзсмвркввция> покпмсркввцин 28

По окаонности а правращенкам при катаввтичвсвом креаангв уг>)Ь- водороды раополагантоя в ркд> ававны Ъ арины с боаьмим чаоаом бсаоанх цепайь цккаоааке>иьь аваэ>в>.

Уааваннвя посаедоватваънооть обьяснявтся ивбкратваъноотьн .Щаорбцав раваачиых угаеводородов на повврхности катвавввторв. В 'Фврвум очервдь на ватвавваторв адсорбирумтся нвнвомцвн>к>в, богатые внаргиай совданения: дивлав>в>, авив>аю> арвию. Наименьмвй адсорбщипнной способностью обаадще ааааны а скорость вх првврмйвнак иа мвоаоаъао порндвов нике, чвм папанов и аранов. Сваактаанвя адсорбцня обусааввивает пооввдоввтевъ>и>й ход процвооа> прв котором угаввйдородн, оилъно сорбкруевнв аатвакввтором, торяоаят рвов(впаенив ваабо оорбаруеных угавводорппов.

диванам, по>ап>о рваацай рвсщвпаания> истукана в реакции поавнвриаацаа, ааомеравацив> циканвацпи. у аранов прв аатваатичвоаом врака>па в основном отмвпввнтся боиовмв цвви, при маом .н ародувмах враквнга нааапаввается бвнвоа.

С (5. )(нквоававж вотупвнт в реакции рввпада ковьцв в сбраиованавм ааке- мов, ивпрамвр> Г ь "ь — СН,-СМк-СН,-С-Сйй

>

~у с,н, . С,Н,, ° таама в рваацаи двгидрарованвя а дваакиаировамиа> напра>вр, анапы рвсщвпаантся иа аакаин мананой моаваувирной маоом, напрв-

с,н„с,н

-'>... С„~(аъ .;а " " ' С,Н ° С„йй+С,Н., ' ' Фопучвйаю угвеводпродн учаотпумт ао втори>пи>х рваицкях СЦО!ЯЯ,Я Ч~.йй~ааВПВУВ СН,У ИСК Я,

4ж А4, САДОВ ~~ Лй)ЗВМВВИ(5555 1 К -ЗУ

с~ С ВВ

Распознанный текст из изображения:

~н,

с л сн.мв вв (м,сн

С у с с~СН,

Пра вреаянге гавойля весь этот комплево слояных параллель>а>х

в последователь>в>х реакций в первом пркблкяении мояно представать

вак две паоледовательные реакцак первого порядка

Г'~ 2Г+КГ

~ А З~кг

где 1 - гавойль; ~ - бенвкн) А.'/ - крекинг-гав; ч,- константа скоростк реавцкн расщепленкя гавойля1 гл - вонстанта скороотк реакцвк расщепленкя бенвина.

Саотема кинетнчеових уравненый креакнга гавойля по принятой упрощенной схеме кмеет вид>

Ф~г (2.9)

((г, = -Я,с +Ф,(."

(2.10)

Ф;„в -Ф,С. -ЗУФ,а-.

(2.11) В лабораторной установке каталитический арекинг гавойля проводвт в обогреваемом влевтропечью трубчатом реакторе с неподвыкным слоем каталиеатора. Такой реактор мокно рассматркеать как стационарный авотермаческкй реактор идеального вытесненкя, в основе математаческого опксання которого лекнт одно кли несволько уравнений матераального баланса по участнлваы реакция

иг,~(с,~ = - ~~'

(2.12)

УТ:

где Ф вЂ” ореднее время пребывания реагентов в реакторе;

( - концентрацкя,~ -го компонента (гввойля> бензине аль

креквнг-гаев);

((Г ~<С )- акнвтичеокое уравнение ревкцик по с> -му компоненту,

гг< г)- Для математического описания праведенной онстемы последовательных реакцнй, протека»кх в реакторе кдеваьного еытесненкя, необходкмо составкть два >рввненыя матеркального баланса тапа уравнений (2* 12) по ксхс.,:о>гг реагенту (гавойлю) к проыекуточному продукту (беиакцу)

ЭО

Ркс. 2.4. Завнснмость концентрв>а>й исходного реагентв

гавайяя (1), прсмевуточного продукта бензина (2) н

конечного продукта >п>свинг-гака (Э) от Й.

4,(, = - „

а(Сг

(2.13]

-МС, Я,Сс =-~~'~

(2.14)

НР

которые могут быть ревеня прк напаяв>в>х ускова>ш

Ф.о; Сг = Сце; ~'с = б. (2>15)

Права~]йнна>к схема уравненкй мв учктнввет аамененвя констант саороотей Юг к >кл в рввуаьтате аауглвромаваная катааяваторв (пацанвы вго автавностк). Твк вак прсдояматвльмссть авоперамамтв , отнооктевьнс навевала, то вткм яменявм мозно пренебречь.

Иры ременва уравнений (2.1Э] к (2.14) с начала>ва>а усаовяямв (2.15) получаем аавкоюость концвнтрацай гввойля ° бенвана ов среднего еремеям пребмванав в реакторе

-С -с., е

-Ф>В

(2 И)

с -гс,(Я(а"-е.с) >*..>

31

Распознанный текст из изображения:

ности которой происходит испарение гавойля „ пеоегрев до темпе-

ратуры реактора. Температура в реакторе нвмеряетсн термопэрой 6

и регистрируется ыилливольтметром 7.

В процесое каталитического крекинга не гласила получают

парогааовую смесь, оодоркащую крекинг-гаэ,. па1ы бенеина и непро-

реагированшего гаэойлп. Побо аным продуктом каталитического кре-

кинга является кокс, отлагаюцийся на поверхности каталиаатора

в снияающни его активность.

Парогааовая смесь иа реактора поступает о прямой 2 и обрат-

ный 24 холодильники, в которых кондеяоируются непрореагировавшпй

гавойль и бенвин. Жидкие продукты отделяют от крекинг-газа в

приемнике-сепараторе 1. разовая смесь проходит чарва адсорбер 11>

еаполненннй активированным углем длл поглоления гавоваго бенаийв

и поступает в гааометр 1~. Обводная линия соедоняет перев иран 10

адсорбер и мерную воронку 8. Предварительно взвешенный гааойль

валивают в определенном количестве в делительную воронку 8, снэб-

хенную краном 9, с помощью которого регулируется скорость подачи

сырья в реа ктор. Во время акоперимента в установке с помощью .кра-

на 19 полдерхиаают постоянное иэбнточное давление, создаваемое

выделившимися продуктами реакции н иамеряемон манометром 14.

В ревультате «рекннга на поверхности каталкаатора в адсорби-

ровэнном соотоянии остаютоп продукты реакции - углеводороды и

ковс. Для восстановления активности каталиэаторз проводится реге-

нерация путем продувки черен него воацуха. Перед регенерацией

ваталиватор продувают инертным гаком с целью досорбцги углеводо-

родов. Для втога авот пв гааометра ф прокачиаают черен рсакто, 3

в гавометр 1,'1, откр~в крагв 18, 12, 9, 23, ь9, 20. Напор в сио:е-

ме соадайтся аа очек перетекания воды нв верхней воронки в гаво-

метр 16 при открытом гране «7,

При регенерацик воэцух проливают черве устав:оку с помощью

водоструйного вакуум-насооа 21. Трехходовоп кран 12 уотаьвьлкь..ют

в поколение, при гстором скпянка 13 соединяетсн о черной всроь-

вой 8. Всвдух проходит черев реактор, холодильники 2 л 21, кра: 22.

При регенерации краны 10 и 23 вакрыты.

Полученные хидкие продукты в приемнике 1 подвергаются пере-

гонвв о целью опрвдеаения количества обравовавшвгося бенаинэ.

Вв рас. 2.6 предствваена схема установки для перегонкк хидких

продуктов крекинга. Она состоит нв колбы Вюрца 2 с термометром 3,

хологкльника 4, приемника дкл бензина 5 и нагрев ательного;. -~ е ~та 1,

34

По ок выполнения экспо иментв

1. Включить алевтронагрев печи 4, установив на автотрэнсцорматоре

нвпрянение 150-200 В. По достнкении ваданной преподавателем

температуры в реакторе 3 уменьшить напряжение до 120 В.

2. Вввеснть нв технических весах мерный цилкндр с ваданннм препо,йввателеы объемом гавойля, адоорбер 11 и пустой приемник-сепаратор 1. Ревультаты написать в табл. 2.4.

3. Перелить гааойль иэ мерного цилиндра в делительную воронку 8.

После этого вэвеоить пустой мерный цилиндр и ааписать его мвс

оу в табл. 2.4.

4. Установить адсорбер и приемник-сепаратор.

5. Маскировать установку от внешней среды, еаврыв краны 12 и 22.

Проверить установву нв герметичность. Открыть кран 19 на гамэмэтрв 15 и совдать в системе мвисимально воамонное раареНныне, которое регнстрируетоя манометром 14. Установив герНйтичнэ, если вытеванив воды кв гавомвтрэ 15 прекратилось.

6. Поворотом ирана 9 установить трйбуемый расход гавойвя. Скоэооть подачи гавойля в реактор долннв составлять примерно 1

ийпяю в севунду. Начаво эксперимента определяетоя падением

первой капаи гавойля и реактор. Звпиоать в табл. 2.4 врэыя

нэчэлэ крекинги.

7. Одновременно с началом подачи гаэойля о помадью врана 19 га-.

шйнэтра 15 установить в система ивбыточное давление

10-20 ым вод.ат.

8. Ье п

° Ье ротякении коего эвспериментв поддернивать постоянные тем.- пературу и расход гавойля.

9. Пэопэ попадания в реактор пооледней капли гавойля дондатьоя

щоментэ, ногда давление в гавометре 15 не будет нвмвняться.

Записать в тэбэ. 2.4 время окончания крекинги и обьем кре"кинг-гавв, ообрвнный в гэвоыетре.

10,шо

О-,фоущеотвить продувку реактора ээотом. Для этого ваполнить

Мрснку гваометра 16 водой (примерно 2 л), открыть арапы 17

лВ 1 о '

Э °

', 12, 9, Ю, 20, 191 спадать в установке ивбнточное давлейнв 50-100 нм вод.от. Пропустить квот по системе трубопроводнв иа гэвометра 16 черве реактор В в гэаометр И.

драны 10 и 22 доакока быть вакрытн. Ноеве перекачки примерно

Во

..шыи"

Распознанный текст из изображения:

Таблице 2.4

Дазленвь наемке нного

водяного пара прв тем-

пературе з леборзторви

мм рт.ст.

Сбъьы кзтализедюрз з реакторе, сйл

!

Барометрическое дззль-

ныь, мм рт.ст.

Температуре в

реакторе, С

Объем крекинг-газа, л,'

Температура вс

лаборатории, сС

Время начала

креклнгз

Вреыя окончания

креквнга

15.

16

Перьгонкз' жидких

продуктов крькингз

Жнцъхе Гьзон!и(

продукты бькзин

крекинги

, Гззойль

!

!

Е

3

Е ф

оо

ЯЯ

Р\ И

о

5 й„ ЙЙ

Й$ О О

О Е

!ч о Е Х

й Ю

'О

В Я

4

Я .О

о

к ю

Ц

$

о Р о

о

о

о

8

О О

о

Гр О

$8 Я~

4

Яй

Й

!ч

о

$й

о

~Й

мо о

П

й

В

Фй о

о

1.

.'$

3

о 'О

6 Я

В~

=:3

Зо

рй

эЛ

Я

О о

о м

и

о м о

Иоходныь данные в результаты исследования процесса

кзтзлитиче ского креывнга

1 л кзоте крв!вк 17, 18, 19, 20 еькрнть.

1. Отооедынвть приемнив-сепьрвтор 1 к ьдсорбер 11, взвесить их

нь текнвчесвих весвх и взписьть вх массу после эксперименте

в твбл. 2.4.

2.

. Провести регенерьцию квтализвторь. Для етого подсоединить

пустой приемник 1. С помоврв трьхходового време 12 соедвнкть

устьнозку о етмосферой через бьрботвк!О!в селянку 13. Эекрмз крены 10 в 23 в открыв врвн 22, подключить уствновьу °

вьвууы-насосу 21. Если схеме собрана презвльно, то в скиинке 13 ньчнйтся бьрботьк поступвко(его в уствновву воздухе.

3. Собрать уотеновку для перегонзы ны(!тепрцкуитов по схеме,

прздстьвленной нв рис. 2.6. Включыть влевтронвгрезетель 1,

подьть охлзыдвввую воду в холодильнкв 4.

Взвесить пустую колбу Вюрца ы пустой приймнвк для бенеше.

Перелить в колбу Вврцв ив приемнызв-оеперьторв 1 ыв„-кле продувтм крезвнгв, повторно взвесить колбу Вюрцв.

Првсоедыныть колбу Вврцв о квдккми продувтьмы зревингв в

перегонной уствновве ы провести перегонву. Отобрвть фракцию

бенеине с темпервтурой кипения до 200сС. Собранный беньвы

ввзесыть. Результвтн азвазтзвния (см. п.п. 14-16) звписвть в

табл. 2.4.

7. Ивдкве продузты перегонки слить в ймкооти о првтертымк пробками для отходов.

б вботкь копь иментьиьных аннах

1. Нь основе полученных ревультвтов звспьрвментв состввыть мвте-

ривльный белено ревкторь и оформить его в виде твбл. 2.5.

3. Определить степень преервщения гввойвя

(2 22)

тце

3. Определить выход бензине по урввненвв (2.20), воторое о учй

том мовекулиримх месс гвеойля (Мг 250) и бенввне (((б 110)

примет ввд

)утро

Распознанный текст из изображения:

4. Определить среднее время пребывания парогазовой смвок в реакторе (/' (/жт' Е

(2. 24) где Ч - объем парогээового прострекотал в реакторе, заполненном катализатором) 'тат- объйм катализатора; й - поровность слоя катализатора (вй мозно принять равной

0,4);

д' - ореднкй объймный раоипд парогэвовой смеси к реакторе при температуре (. процессе креэинга. Его, в окою очередь, определяют каи среднее арв(эзвткчвсвов объемныи рэокодов на клоде и аыкоде иа реак~ора т, ~уз+« -~~гУ ~~ иЯ,Ф ууЗ (2,25) (~с ~«~Г(Лт «двысь)

Таблица 2.5

Матвркалыпзй балано реактора каталитического ареикнга мПри рэочйте маосы креванг-газа испольаувт его срвднкв моле-

кулярную ыэсоу 30. 33ь

В уравнении (2.26) Д Г - продолжительность эксперимента, ч;

)4 - объйм крекинг-гази, приведенный з нормальным условвпз

~«,б«3 Рд — Р

УЕГ га.) 6.

где ,О« — барометрическое давление, мм рт. ст.1

77" - аарцизльное давление насыщенного водяного пзрк

при температуре ~л в лаборатории, мм рт. ст.;

5. Определить константу скорости 4, реакции креккнга гаэойля.

Если в уравненке (2.27) взести степень превращения гааойля, то его можно записать в следукщем виде:

2', = у- е-$'.«,

(2.28)

Иэ этого выражения можно найти константу окоростк ре кцкк иреиинга гзеойля ~6,

~,= =й

(2.29)

Г

6. Определить конотзнту скорости реакции крозинга бензина.

Используя формулы (2.17) и (2.20) получим уравнение, овязмвакщев выход бензина и констзгты скоростей реакций крекннгв 'гааойля к бензина

Ф, ж-~ — "'~; ~Е "'-Е '(с — '-~=-~б "-Е '/ (230) В втоы урззненип одна неизззсхнзя вели инз ««' таи кзк зы-

4 ~ код бензина ф. и константа скорости 1~ определены по ззссериментальным данным (сы. п.п. 3 и 5).

Уравнение (2.30) - трансцендентное относительно Ф» . Вэедйм обознзчзниз я ггпу и преобразуем уравнение (2.30) слелукыдм образом:

А АЕ + Д*«~б ' - «(2,31)

Ф

Рамам урззнвние (2.31) относительно ф методом итераций. Для этого на первом этапе саочбта задазиыоя проиээольным значением ««

— — -г

Цаприыер, ф ж,гх «Г . Подстановка атого значения э правую чэоть 'фравнвння (2.31) дайт новое эначение Д . Еоли новое значение

„. з'ьзи~ййзййикмзылйййлй)эаайэзйэ.~.

Распознанный текст из изображения:

отакчается от переоначеаьно еэданного, напркмер

Я~ > Я (2.3$) гдв Я - предварвтельно ваданная онкбва раочета, то тогда прамвм, что энвченке Щ равно среднему арлфметвческому мекку предварательно еаданным к полученным е рееультате расчетов 0,5(ф>М) а повторам внчксленля. Расчет повторлпт до тех пор, пола не будет выполнено условна ~~ -Я! 41<. Пооле нахояленвя ?~ = ялй определен Ь а~Я.

Учитывая оревнвтельно болъной объйм вычислений, о воторюм овявано кспольеаванле описанного метода, целесообрвено раочет провести с аркмвнением дВМ. В првлоаенвв 3 приведена программа раочйта ЙЬ на явнее Бейсак.

7. Рассчвтать опткмальное время пребнванвя в реевторв 5п, по

уравненнп (2.13).

8. Определить опнвалъьый выход бенввна 49 , кспольвуа урваненвя (2.19) а (2.20) 4

ф = ф ъ-" (г.ве)

° срэвнкть его с реально полученным вводом ф (ам. и, 8).

9. Определкть продолкктельность ааоперкментв в.оптвмалъжи уолоавях

. Х= (2.34)

Л1» = 4~'

г

гдв ь - время пребыеанвя в реакторе в уоловвлх ввспвркмвнта~ 82.' - продолнательность експервмвнте в данвлх усаовавх, ч) $„ - оптвмалънов время пребнваная в реакторе, ч.

1. Иетегорачеовк аапрещевтоя ароводать вксаерамент бва проверка

уотановав на герметичность.

2. Пвполнване делктеаъной воронка 8 провеаодкть тольао прв ааврктом креые у.

8. Прк отарыткв крана Я следить ва тем, чтобы гавойль не попал

а печь.

я. П начале подача гввойля в уотановву открыть иран 20, не

допускать соаданна в овотемв ввбыточного давленая алле

10-20 нм вод, ст.

Н 1. Офо(мулкруйте цель лабораторного ксслвдованнв.

2, Перечислите основнмв аппараты к првборы аабораторной установка.

~, 3, Дая чего необходим проверка установки на герметичность а

поддерканае ввбыточного даваенкя во время ваопервменте?

4. йаа составаявтоя материальный балано процеоса?

® Кав определяется отепень превращения сырья а выход продукте

(бвнвкна)?

б. 8вк раоачвтеть:

- вон-е.тм -.р-- 41 .

- оатвмвлънун продояквтеаьность влспервмента;

- опткмальвун проввводнтельнооть реактора?

7. Уванвтв причины снакеная алтввностк каталкватора нрелпнга в

ыаобходкмостк регенерацлв каталвватора.

® Раооваккте о сущноотв действвя ааталкваторв а требоеанвях,

првдъявляанх а ааталвваторем вреканга,

~" 9. Опииате хамаческке реавцнк превращены углеводородов прк ка-

Я~

ваанткчесаом лреаанге.

Первчнсавте способы увелаченая выхода беневна.

'.у' 11. Рассваквте о ооотаве в свойствех нефти.

Щ йавоеы фвевео-хамаческве основы перегонке ноута в втмооферд

но-вакуумной установке?

18 Что тааое оатеновое окало бенвана? Наеоевте путе ею повы-

Ф

неыкя.

Распознанный текст из изображения:

Рв )~

зэс !

(1.2)

Здесь ~Па — молино-объемная плотность твердого реагента>

бу - концентрация газообразного реагента в потоке;

)3 - воэррицквнт массоотдачм, заеиоащий в основном от

линейной саоростк газового потока У4

Гетерогенный процесс, аимиткруевй внутренней диф(шэивй

газообразного реагента через олой эолы (протекающий ао внутри-

диф)беконной области), описывается уравнанкем

~"".~~ — 3(у-Щ г~~~- '«)~

где '~", ='~~~/'~; — ~,~'~'- ~'~ !~9~ -~,Г Г~-~',.' '

0з Ю

я 3

(1. 3)

(1.4)

,уФ

В уравнении (1.4) /$'*Й/ЦЖ - коаф(ацивнт мзоссотдачн на стадии внутренней диф)уэна, зависаний от коафрацкентв молекулярной даф)узки Э а, главвы~ образом, от раамврз частицы.

Гетерогенный процесо, аимитнруеюгй поверхностной химической реакцией (протекающий в кинетической области), описывается уревнвнкам

Воамохны ситуации, когда сопротивление одной иа стадий существенно превышает сопротивление другах стадий. Такая отздия называется лимнтирукщей.

Принятая кинетическая модель поаволяет вывести расчетннв зависимости мекду степенью превращения твердых частиц и временем пребывания их в реакторе для раеличасх областей протекания гетерогенного процесса.

Для гетерогенного процесса, лимитируемого внешней ди$цуаией газообразного реагвнта через погранипый олой гааа (протекающего во енешнадмр(беконной области), эта зависимость имеет вкд

У = „~ (1.1)

где Хл - степень превращения тверцого реагэцтз>

'ь» — время полного превращения частицы с радиусом Ю

определяемое в свою очередь по уравнению

(1.5)

тм

и " г-77-кэ~Г~

( РзК

В УРавнЕнии (1.6) Ал - аонотанта скоРости поввРхностной химической реакции, зависящая от температуры по уравнению Аррениуса.

Для того, чтобы рассчитать реактор н наметить пути интеноификации гетерогенного процесса, необходимо знать область протекания гетерогенного процесса (лимитирукаую стадию). Лимитирующая стадия определяется експериментзльныыи методами.

Широко применяются методы, основанные на изучении влияния на саорооть гетерогенного процесса изменения параметров технологического ренина: скорости газового потока, двсперсности частиц тзйрдого реагента и температуры.

Ыонно определить лимитирукайпо стадию, срэанивая экспериментально полученную аависимооть Хе(Х) о теоретическими зависимостями для различных областей протекания гетерогенного процесса (уравнения (1.1 - 1;5)). Один ие всаыокных методов состоит з том, что на основе опытных дакых о величинах Хя в разные моменты времени 'Г раосчнтывают время полного превращения твердой частицы Яп по уравнениям (1.1), (1.3) и (1.5]. По саоему фиаичесаоыу омыслу для данных условий осуществления гетерогенного процесса П -' константа, не зависящая от действительного времени пребыаанкя частиц з реакторе г. . Поэтому, если лимитырухщая стадия существует, то обработка акспвриыентальнмх дан-. ных по одноцу иэ приведбнных уравнений долина показать, что М остается постоянным при любых 'О

После определения лимитирулщвй стадии даются рекомендации оо инМенсмрикзции гетерогенного процесса с учетом урзвнений Ф.2)э (2.4) ° 6.$).

Обккг колчедана чаще всего производится в псевдооииквннсм (кипящем) саое. Зернистый материал переходит в псеадоонакеннов соотояние пра скорости газа знше арктической, которая определяется по вратериэльной аазисимостя:

Распознанный текст из изображения:

Лабораторная работа. СИНТЕЗ БУТАДИЕНА ПО НЕТОДУ С.В.ЛЕБЕДЕВА

Цель работы: определение технологических критеркез зффектизности: степени превращения спирта, селектизности, а талые производительности (напрякенности) кзтззиззтора при заданных условиях синтееа.

был получен в Советском Союзе в 1932 г. ив бутадиена, синтевировзнногс ив спирта, по технологии, предлояенной С.В.Лебедевым.

Процеоо овнтеза бутздиена ав зтваового спарта проводят путйм его дегвдрарования и дегидратацив в ретортннх контактап печах в првоутствиа ааталвзатора, в состав зоторого входят Ъ~ б и Щ~ОЛ . Оксид цинке является дегадрирушцвм, а овсид злюминд дегидратврующин компонентом авталиеатора. Температура синтеза 380-400 оС. Синтез бутздиена монет быть опксан реакцией

1 ; 6

Тео етические основы

Оснсзннм мономером для производства синтетического ввучукз — сырья для производства резины - является бутздиен-1,3 (дивинил) СгУ =Ж-О/ = СМУЛ . В промышленном масштабе бутзднен

я

получают двумя способами: из н-бутана и ив этилового спирта.

В основе процесса получения бутздиенз ие н-бутана ление двухступенчатое химическое превращение (резвцкв дегидрирозания) н-бутана:

С+/~, = С,/4 + Н, -~16'Ф (235)

С,~л ' ~л ' ~16 л(()лк (2.36)

Химическая реакция (2.35) дегидрированвя н-бутана в бутилен протекает в приоутствии алюмохромового ввталиэвторв при температуре 550-575 С. Благодаря высокой механической прочности злкмохромового катализатора дия осущеотваения реакции (2.35) используют реавторн со взвешенным слоем катализатора. Реакцию дегидрирозания н-бутилена (2.36) осуществляют з адизбзтичесвнх каталитических реакторах прн температуре 600~50 С в присутсто

вви перегретого водяного пара (инертного компонента в газовой ореде), способствукщего увеличению равновесной степени превращения бутлленв. Для получения бутадиенз используют реавтор с неооявкиным слоем хром-кааьций-нивельфосфзтного взтзливатора.

Впервые в мире в промышленном нзоштабе оинтетичеоиий каучук 4Г

гс, И,Он — С,Н,.гН,О И, -Ью.а

( ~ А~ 4,' Г6 ~,Ф ) (2.ЗУ)

, Барнду о етой целевой реакцией протекает мноаество других, прщйуиавмв воторых явизютоя предевыме ° напредельнне угаеводороди, спирты, виозоты, вфиры, катоны ° зльяегилы, СО, СОЛ, Н2 и др. Иове, обравукщийся в процеосе побоюах реакций, откладывается на вове(шности катализатора, сшивая его активность. Поэтому необходимо периодически регенерировать катзлаззтор путбм его мродуввв горячим воздухом.

Мв большого чксла побоенх реакций отметвм реавции дегидратацив авилового опвртв, приводящие к образованию стивена к пронизана; с ао~ с,и ао-м з

(2.36)

(Я У ~Э) ЗС,И,-ОН = РС,Н, 340-ЖЭж (2.30)

( Зя — гу зз,~

При просусканив перов зтилозого спирта через слой катали-

аакора ндйт превращение спирта в продувты реакции. Однако часть :йгп, не прореагировав, выходит из реактора. Степень превращения арта определяется отношением коввчества нолей прореагировавСпвртз в исходному количеству молей спирта Ууя,, - Ууя и„. (2 40)

43

Распознанный текст из изображения:

Умноиав чисаатвль в сниенвталь на ввличкну мовевулярной

масон осарте (Мс), соаучам

Лтл, — тл, и и )чтя

л гг) ут) л (2 41)

гг)я, т~о

гдв Яц,) П)цч - масса юходного в нвврореагвровавмвго опарта

соответстввнно.

3у)ул- масса срореагароваамвго спарта.

Соглаою соколиному канкану процвооа ° протаивал(его в реак-

тора, прорвагароввваий этиловый осирт бП)л раслсдувтоя ввк на

обрввованив бутадаена (аомпонвнт ~0 ), таи ° 'йобочюх продуктов

(вомпонентсв 8 ул ). 3$$еативнооть вроцеоса авнтввв меана ка-

равтвривоввть солюй оелвативностьм у' , воторая оаредвляется

отнонением волачеотва юлей колодного опарта, раслалуемого нв цв-

аввув реакцию, в общину количеству юлей арореагароааваего спар-

та ~Пя - П,ф,)

~л за~~ л,~т.,

> (2.42)

У)Ф, е - Ля Утл л - Лл

гдв У)и - аолвчество обравовамиегося бутадиене;

ЖИ- ю)маровочюй коафуацаент, учитмвавщай отвккомвтрвн

рвавцаа (2.Э7) (талке 0,5).

)(ругам вляюм вритврввм, квраитвравувщвм работу рваатора °

является ороввводатеаьнооть илк направйнность ваталиввтора ф,

осредвляемая аовачеством бутадиена, волучеиного в аданацу вра-

мена с вдимвцн ооъема К ввталаавторв:

уут е

9- ж~г

(3.43)

где б'Г - арама авоаврамейта, ч.

Скорость подача смрьи (спарта) Юс в рвевтор оарадвлавт-

оя отноиенаем аолачвотвв спарта г)тд, ароиуцвнного чарва рввв-

тор а вданацу крамова чарва вданацу обьемв автаавааторв:

(йу - Щ а:

4ЪГ и»

(3 44)

Описании

й отаював а

Вщщяюанта

Эасверимвнтм ароводит на устлноаае, арвдотвнввансй ма рмм2.9

44

Распознанный текст из изображения:

Заданное аоазчеотво этилового опиртв наливают в делзтеаъную воронлу 1, зв аоторой через эран "б" спарт с опредеайнной оасроотью подают в реактор 18. Обводная линки 20 слуизт для вырааызваная давленая над поверхностъю спарта в деаитеаьной воронав и на входе в реэвтор. Реаатор 18 представляет ообой трубку, выпоанензую кв кварцевого стекла и помещенцую в эаеатропечь 3. В реэаторе нэходзтоя грэнуаировэнный катализатор 5 (смесь Уп() ° .еэ«0« ). Катвлкватор нэоыпэзт нэ свой аварцевой ироиак. Се~уху над латэлиэатором вмеетол еща один олой кварцевой вромаз, не поверхности аоторой происходлэ испарение спарта и перегрев его паров до температуры в реааторе. Температуру в свое катализатора определяют о помол(ью «ромалэ-эллавлевой термопэры 2 з регистрируют мзаливоаътметром 6, уотвноваа онэбиена полуавтомэтичеоеой оиотвмой подаерааная температУрн Э Реэаторв, ооотолщей ив КЬТР 14, термореае 15, пстенциометра КВП-1 17 а термоаары 4. Контрольная лампа 19 сзгнэлиэирует о выалляензз к вазючензи печи.

Продуаты реевции поступают в хплодилъниа 1Э> в аотороы про° охюдит конденсация паров непрореагировевиего опзртв з воды. Обрэвовэвивйсл вонденсзт отделают в сепараторе 12, а газообразные продуаты реакции пропускают через поглотзтеаыаИ сосуд 11, аоторнй вапоанен вонцентрзроеанннм раствором КОН и о«унит для поглощения С(~, уасуоного альдегида з других иковых продуатов. Оставюался после поглощения омеоь аонтэатных гааов поступает в газометр 10 ° вытесняя ив него черве арвн "я" воду. Полученный объбм смеси газов замеряют ао мазав на гваометре 10, вй примерный состав приаедбн в табл. 2.6. Дееаение в установве замеряют о помощью Ц - образного манометра 8 ° регулируют в течение вэопериментэ арапом "и" путем увеличения иав уменьменая оаороота ° отечензк воды зв гэвометра 10. Пра регенерации иэтэливэторе дяв продувал его вовдухои используют водоструйнлй наооо 7.

Таблице 2.6

Соотвв аонтаитных газов (при но)мэаивх уолоеиях)

оа и в ения эзопе зментв Величать пусаэтеаь лп50-3(т 16 и уотановкть с помощью йлтР 14 евданную температуру (аонтрольнэя лампа 19 сигнэаивирует о аалюченаи установвз). Во время доотзиеная в реакторе еадэнной температуры выполнить следуюлае операции (п.п. 2-5). Налить спредеабнное аоазчество спирта в мерюк цилиндр и оп- редвэзть нвосу цилиндра оо спартом. Взвесить пуотоз бюко для аонденсвта; Денике записать в таба 2.7. 8. Озарить арены "б", "г". Старить эран "д". 4. Подать охлвздэюцую воду в холоди«энка~8'. /3 5. Остороано перелить спирт а язвительную воронку 1. Чтосы спарт «вгво перетекал в воронау 1, необходимо открыть ирен "в' нэ сепаратора 12. После етого кран "в" еэарнть. Вввеоить цустой цилиндр. Вго мвооу записать в таба. 2.7. 6. Нреверать уствновау на ге(меткчноать: вверить вран "а" к, открывал кран "и' нв гввометре 10, установить рэвреиение приблизительно 150 мм вод.ст., 9засируемое по () -справному манометру 8. дэарнть врэн "и". уотановав счктаетоя герметичной, ° ели иемененае давленая в неа не наблюдается в течение 1-2 мин. 7. Оотороино отарнвая арен "б" нэ делительной воронке 1, Юбеспечить подачу спирте со оворостью примерно 1 лапая в 2 о, одновременно отврнть ирэн "я' и, регулируя расход воды ав гавометрл 10, полдеркивзть в установив а течение всего экопврзмента аебыточное давление 10-20 юа еод.ст. 8. В момент падания первой ааааа записать ерема нэчааа ваопера-

мента. 9 Оаончэнке васпераментз определяют по моменту паданка последней авали опвртв ив деаителъной воронки 1. Поолв прекращения поступления смеси газов в газометр 10 вэоисеть в тэбэ. 2.7 ей ' Ьбъйм 'т' н вреык оаончанаы эксперимента. 10.0тарыв арены "в", а затем 'в', слить в бикс водно~сираевой конденсат, собранный в оепэратсре 12. Ваввсить бюас о эоядемсэтоы. Ревуаьтат вввеюиваная ее«исеть а таба. 2.7. Восле ваввыиэвния конденсат кв бюлов слать а опецзэаъиую ймиссть дая отходов. н.ь :М~,':,

47

Распознанный текст из изображения:

11. дая проведения рвгенервциа каталиватора ааа(алть краны "в"

а "д', ота(агть арен "г" а вааяать аписов(бЯюй насос 7.

Регенерации осуществить ари температуре 400-500 сС.

Таблица 2.7

Моюдви даюаае ° реауаьтатн аасперанента

б сота аьтатов вассе иманта

'л Объем собранных в гавометре контактных гасов приводят а норыальаым условиям по 4ор~ае

ф У нЧ~

(2 45)

о = 813~6„160

Определив массу непрореегировавиего опкрта, легво найти а , нвосу прореагироваанего спарта дЩ~ по.равности

3УУ)л = г)7„,, — ГЦ,,„.

Маооу Ял,, определяют по мвоов нсюдного спирта и его концентрации. 2, Селевтавнссть процесса ((' раосчитнвант по уравнении (2.42). Првобрввуем вто уравнение с учетом молекулярных масс спирта (М 46) в бутадиена (МП 54)

апа теИ4 ' 1 ~ т~

7= окав агат,да ~ вт. где Ф»- масса бутадиена (еб определямт по объецу бутадкенв в гане, копольвуя следствие ив валена Авогадро). 3. Проааводительнооть автааааатора ф рассчитывают по уравне-

нии (2.43) °

4. Объеннун скорость сырья Юсопределянб по уравнению (2.44).

1. Для рвочета отепени превращения спирта Х1 по уравнении

(2.41) необюдамо предварительно определить аоакчество ые'. прореагвроваваего спирта Ф1~,», в*одящего а оостав водно-

спиртового конденсата. Непрореегироваамиа опирт опредеаямт

аеа равность мекду массой водно-спиртового вонденсата

и суммарны аоаачеством саонденоаровавнейоя йоды:

рт)л „= Рич -~рг) и Рг) и Ж т гг)е( (2.45)

где Щ - маооа воды, содеркавнейоя в аоюдном спарте, определяемая по его «онцентрациа, г;

Юл и~ь,гг)е - маоса водм, ооравовввнеася в ревуаьтвте

химических реакций (2.37) - (2.39).

Мессу воды РПа определлпт по объеыу бутадкена в газе, Г))лпо объему этилена, )у)ъ - пс объему пропклена. Примерный состав контактных гасов приведен в табл. 2.6.

48

1. Наполнение аапеаьной воронки 1 проводить прн аакрнтом наинам арене "б".

2. Мвтегорвчеоаа вапрещаетси начинать еаспериыенты на установке, не проверенной на герметичность (предельно допустимая

аонцвнтрация бутадиена е вовдухе 0,1 мг/а).

3. Но ивбекание попадания асюдного сырья е печь и аовникновенкя покера арап "б" необходимо отар~та аегвкм поворотак. Ватагорическк вапрещаетоя вынимать пробку иа муфты крана "б"

деаительной воронки 1

Пе ивбеканае попадания в уотановку воедуха и обравовения

° арнаоопасной смеси во арами ввопервментоа полдеркиееть в

установке ивбытсчное давление 10-20 нм вод.ст.

5 ° Матегоричесаа вапрвлаетоя оаавать в ааналкеацис водно-спиртовой конденсат, полученнай ао время леборатсгноа рэссты.

Ц

Распознанный текст из изображения:

(6.1)

>ю

Его следует свивать в опещаалъцУю ймпость Дая стлюДоп> палюйй"

щувся на рэоочэы стола.

1. Сформулируйте цель вэоораторного аоследованая 2. Иеречислите основные аппараты а приво(лэ, входящие в состав

уота>я>вва. Дая чего онп преднввнэченн а палов принцип ах

работы?

3. С лапай цевью проверяют уотановау на герметичность и поддеряивэвт иэбыточное давление во время влоперамента? 4. Катав хамвчесаие рвввциа исполъауют пра расчете иоаичества

непроревгировэвпего опиртэ?

К. Уиеяате нэвнэченае вомпонентое ЬО а >Я>ьлл Ол, входюлих в

состав иатвливатора, ° перечислите стадаи гетерогенно-паталитичеолих процессов.

6. С аэаой целью приводят обвйм аонтватных генов, собранных а

гавоиетре, и нормалъюм условиям?

7. Что тапсе степень преврэценая, вмход пролуатэ, селеитивноеть

а проввводительность паталпваторэ? Кал ах рэсочитэть г В. Уааяате опоообы увеличения степени превращения спирта, оелелтивностп и выхода бутэдиена.

9. Что понимают под саоростью слоиной хамачеоаой реаицип? Составление аинетвчесвах уравнений слоя>эы химвчесиих реалций.

10.Кэа эавасит дифференциальная сеаеатавность от температуры

в ионцентрвции?

11>йеречасаитв основные стара промымленного получения у ад

по чапая о тадиепв пэ Этилового спарта. Сбъяонате ионотрувцив ретортной печа.

12.Невовпте основные отвдпа процесса получения бутэдаена ав

н-бутэнв.

Клеитрохшичеслие процессы, в Основе потери лепит непосредФйвенноэ воедействие влеатричесаого тока нэ вещество а получение » й(ввулътате втого необходи>п>х продуатое, еанимэвт вадное место и й»п>чесаой проынваенностп всех стран. Одним иэ наиболее рас»рюстрвпйпнпх еээптролпмпчесвми процессов являе~ся элэитроаав юаотвэров ав» фее«нэпов.

6»эиюроапэом нввываются олислатеаъмо-эоосгээвевгелпэю щрощэееы> «ротеиалэб>е «э «яви»родах под действаем постоянного эаелтэтичвпапго тсвв т(рп «го ~пропусаэнии черен рэство(м алп расплава п«впт(р(я(итпв. ~Нэ «оверлноота полоаителъного элеттрода (вмодв) «эеэи «леабрпвитэ отдают элеитроны, т.е. оиисляются; на поверю>оФй« ~о»радетельного эаеатродв (иэтодв) происходит прпсоецмнение элватронов, т.е. восстановление ионов.

длеитрохимичеспие процеосы описываются вэконами Фа~редея>

величество вещества, прореагировввшего нэ элеэгрсцэ, про-

пор(аонально свае тола > и даительноста эвэлвролпээ яГ

(т.е. пропорционально иоличеству прошедшего череп элэктро-

аат ваеитричествв (?, );

прп постоянном иоличествэ пропущенного элечщричестеэ массы

эрореэгировэваих веществ >?? прпппрцпонэмпня мх химическим

«Пвивэаентэм Э

Фри 'про~станин черве папиюрплвт «оаичествэ Электричестве,

(РМППОГЭ песий ВМРЭММ Ф~ >((г а 96465 Кл 26,8 А'ч), нэ

Чмэтюроце вццеипетоя К ппвиппаент вэщостеэ.

>06» «пэпяэ мспно 'аырэппэт>.пба(вй формулоп, позволяющей рэсочвтэть тепретпчесвув массу вещества, выделякщегося нэ Электроде врп прбиусвапва перев плелтрсппт эаелтрпчествв

Н рвэ,ъ~ услсэ и про,

правило> масса выделяющегося на плеэтроде вещества меннэе тэореяпчесиой, рассчитанной со вааонвм Фарадея. Кто сляпано лак о пго,тэианием наряду с целевым ваевтродннм процессом побгч»»> геэлнил

Распознанный текст из изображения:

на алевтродах, таа к с вторачными вэавмодействвлми целевых пролувтов елеатролкае друг с другом алв с раствором электролита.

По волачеству полученного целевого пролувта влеатролвва мокно подсчитать, какая часть тока иврасходована полеено. дта часть тона, внракенная в долях еданацы влк процентах, навывается

Еслк вввестно колвчество еаевтричествэ (пролеведенве оалн тока на время), прошедшее черев элеатролкт, то по вавонам Фарадея мояно рассчитать теореткчесаую маосу целевого продукта Я7; которая долкнэ была бы еыделаться на алевтроде при отсутстваа побочных реавцвй. юаатвчесви полученная массе целевого продукта пропорциональна той часта тона, которая ватрачена на целевую электродную реакцвю.

Понтону выход по току мовно определить вав отношение фавтачесаа полученной массы целевого продуата а теоретической

и™ (3.2)

т

Вывод по тску является одним кв важнейших теюологвчесввх поааеателей елевтрохвмвчеоавх процессов. Об еффективноста електролаэе судят талке по доле полезно еатраченной елевтроэнергкв.

Раеряд ионов мокет начаться в том случае, еслн в алеатроду прааокен потенцвав, превншаюдий равновесный. Равновесный электродный потенциал ЩГ рассчитывают ао.уравнению Нернста

гдето универсальнвл гааовая постояннал (я 8,314 Да.моль (д 1); T - темперетура, йа ГЬ - члено электронов, участвукмдх в' влеатродной реавцаа; Ое„, а (уэ ~,- аативностк окасаяекп влл восотеневлаеэеаех ионов соответственно, моль/в (в первоы праблакенкл

° ° люо юювл.е и):

отандартный потенцвав, эначенкя которого для некоторых элевтродннл реаацай праведенн в табл. 3,1.

Теблвца 3.1

Стандартные электродов потенциалы в водных реотворах ( Т 296 К, С 1 моль/л)

((), в

Влевтродная реакция

- 2,714 х 0,000 + 0,401 + 1,360

Л/а'+е- = Ма 9' +е- = — 'Н, ~ОИ -РЕ- — 0 е И~ 0 я -е- = -~У

Например, при протевэнил на аатоде реакции восстановления ионов водорода равновесный потенциал мокет быть рассчитан по

ЮТ / Ю7

у,„,=о+ — й — „,=~ „, йа.„

е пра протеванви на аноде реавцкк оавсления ионов хлора

Ч,,(й- - ~360 й „, Ьий~у- .

Теареткчесаое напрякенае елеатролаеа определится веа равность рэвновеоных потенцвалов анода и ветода

У,м Ч,, -Юе~

(3.6)

Уравнение (3.6) определяет велачвцу напракенвя, которое пушно подать на электроды е уоловвяк равновесия, когда аэрвквнные частицы находятся аблаев электрода. В реалъны неравновесных электродных процессах лонам, поступакщвм кв раствора, необходимо преодолеть ряд сопротиавенвй, прекде чем проквойдйт эаевтроквмкчесвея реакцня на аавктроде. Поэтому дяя того, чтобы процеоо элеатролааа начался, в электродам купно подвеста напрякенве

Уэ> ~ больвее чем 0~ . Фавтвчесвое напрякемкв Г~~ складывается вв 'следукцкк соствваяюгпх:

и.=к Я Гл,

(Ва7) где ~(ге - сумма перенасрякенвй нэ анода в ватоде (велачвна ансдноа ° ватодной поаярввэцва, аэвксвщая от мэтерыаав елевтродл в тапа равракаюцегося кона); Е3Я. - сумма паденкй нэпрякенай в влеатроввте, нв двафрэгмэк к в контактах. 63

Распознанный текст из изображения:

Веавчина напрякеная определяет натрави еивктрической енвр гип на процесс. Оо аффективности ей испоаъиованая судят по ЛЩ~ ент попель ования виват ане аы.

йоеффпцкентон аспоаьеоеанпя елеатроенергиа/йу навыеамт о~ попевке теоретическа необходимой енергап дия выделения едины(ы маооы продукта 1К к действитеаъно еатраченной еые(и пи Ц,

Теоретичеокив расход електроене(ини на ыщекенае единщи мвосы продувта рассчитывается по формуле у У2лг

т

Фактические ввтратн энергии на выделении единацн массы продукта ооставят к ~У .7а?

т~ Следовательно,

~Ф (Г,2~,~у 2) Г, е~ о. Лабораторная работа, ЭЛЕКТРОЛКЭ В(й(НОГО РАСТВОРА ХйОРИДА

НАТРИЯ Цепь работы: опредеаенае технологических покаветеаеп екфектиености елвктрохиыических процессов - пнходе но току и кон)ц1ициента иопольвоевнпя еаеатровнергвк Электролиа водного раствора хлорада натрия (поваренной сола) широко применяется в современной химической проюшаенноота для получения хлора, гидроксида натрия (кауоткческая сода) ° подируха. Оуществупт дае раенсакднооти Еаватрсаиеа Водыих Растворов поваренной соли в еавискмости от пркменяеыого катода. В данной работе иеучэется процесо еаектролава а ванна* со стааьюш катодом а диафрагмой, Наряду с атам процеосоы в проныпленюсти проводят алектролив в ваннах о як»кап (ртутным) ватодом.

В водном раотеоре хлорвд натрия находится е поаноотьн дисооцаароаанном состоянии, т.в. в виде аонов М и У . Вода очень слабо диссоциарована на ионы Н а йН 1 п~и комнатной температуре ионное проиеаедвние (Ут кУат- 10 1 (активности ионов а нейтральном растворе ооставалыт (у~~ (ур„- 10 ноль/л ). 54

Пра пропускании черен раствор МИ постоянного тока еовыозно протекание електродных реавцай, укаваюых в табл. 3.1: на енодеоквсаенае ионов (к' и 0Н ) на катоде - восстановление ионов Н

и ь

а йп . В первую очередь на ааектродах раврякавтся те ионн, кое имеют меньний потенциал аеряда, акладывемаийоя пв равно-

о л н лачина потенциала пе-

ренапряиення, квв увавнвааось ранее, ааваскт от материала.вавктро-

да, повюму на еаектродах ае равного матервааа оудут протекать

раааачнне влектродыке реакции.

ь качестве анода при електроливе раствора АЙУ испоаьеуыт

грн(ыт. На графите велико перенаарякенае реерядов ионов ОН а в

основном проиоходпт окиоленке юнов У

С8 -Е- = Сс'

~а — и,

Ира применении мелевного (сталъного) катода нв нйм проасю-

дат выделение водорода по реакции

и'+В- =И

гн — и,

иак, с уайтом наввоа отепена диссоцаацаи воды на вовк,

Ил О е В- = И ОН

2н — и,

В ревуаьтате раврлда на катоде сомов водорода в аатодном про-

странстве смецаетоя равновеоие диссоциацаи воды а обраеуетоя вв-

быток ионов ОН (по отноненю к концентрации юнов Н ), т.е.

аовнааает цеаочная среда. Таа вак у ватода сосредоточены ° ионн

и1Га ', нв равр кающиеся ав-вв более ансового потенциала раарлда,

ю в аатодном пространстве параду о водородоы обреауето» второй

продукт - гадроксид натрии.

Наряду с целвым рваацилмп при еавктролаав раствора аоамоы-

нн а пооочпые процессы. Н нмк относится чаотвчнкй раврад конов

ОН на аноде

РЖ -Ре- — ((у У,д

Распознанный текст из изображения:

в такие пторачнвя гетерогеннаа резвцаа гидразина хлоре, усааава-

емвя в прпоутстваа щелочи

нОсВ +,МОИ /ЬОУ ~ НгО .

яда

Эвтруднать протекание реакции разряде коновУЛ мозно, познана ° онцентрацав поваренной оолк, мо приведет ° спиванию равновеоного потенциале окисления хлоре 1см. уравнение ы.б) а, слаковвтеаьыо, а увеличению рввннцм в потенциалах разряда Юц- а У~ц -. даююе оостоятельотво является одной вв причин аопольвованиа пра еаектроавае нвснщеннлх растворов хлорада натрия (рассолов), оодв)ывщах 310-ырб гуа Уа1в . повышение концентрации АпУвзтруднит таем растворение И~ и ооазбит протекание реззциа гадроаива хлора. Снизить растворвмооть хлоре мозно и увеаичеыием температуры раоаола. Отыетнм, что повыивнае температуры а концена рацвв хаорада натрия припекут з поникенкв влеитричеокого соаротивленм рвосааа а и увеличению пом)фациентз использования ваватровнергаа. /М

дая подвваеыая побо пип реззцка неооходкмо такие затруднить проникновение щбаоча вв негодного пространства, где проасзюдит ее вбрввоввнав, в внодное прострвнотво. Перемещение щелочи про° сходит всаедствке дврфувва, в тапке вз очбт отрицательных ионов гвдровсаав, учвствумйих в переносе токе через раствор и стремящихся а аолоаатеаьноыу вавитроду. дак ооавбавниа итога процвоса ° нодное а азтодное ароатрвнство рзвдеаявт фквьтрушщвк диафрагмой ив еобеота, через которув шкдвооть протекает в нвпрзваенаа, протавопоаокном двккенаю ионов Оя вод деаствкем влевтрвчеазого поля. Наличке дивррагиы препятствует твене соединению гаваобрввалх продуктов ваектролавз Йл а )Ул , поторые могут обревовмвать пра смшкениа вврывоопзонув смесь.

Нв рас. 3.1.авобраиенз упрощеннкв схема ваеатроаивбре о фальтрувппй дкафрагмоА. Он имеет пврборарованюлй отзаьноА катод 1а графатовый анод 3. На катод осзкденв дввррзгмз 2 ав аобеств. Прв пропуозании через влвктроавт постовюаго тока в катодном пространстве нзкзпаавввтся коны О//, м мре повышения 33

Рис. 3.1. Схема електролиабра с фиа рующей диафрагмой

концентрация которых возрастает пх стремление принять участие в влектрооереносе и попасть в еяодное пространство, Чтобы предотервтить ето, непрерывно подают раотвор ЛЫ8 в анояное пространство, в ив кзтодного пространстве выводят раствор, содеряащий щбаочь и нерзэлоаившийся хлорки. Скорость подачи рассола и скорость отвода щблочя долкяы быть тзкиыи, чтобы ионы гкцроксилз нв попадали в знодное пространство, Электрический топ подводят а аноду к катоду с помощью специзлыых швн, снпизющих сопротивление в местзх электрического контакта. Некоторые попаеатели работы влелтроливеров с осзаденной диафрагмой приведены в табл. 3.2.

Описанный метод получения хлора, щеаочп в водорода очень шароко распрострзнен в промышленности. Однако оя яе лвибн некого)их недостатков. В процессе электролизе не вся пспяреннэл соль превращается з Нг , Сбл и ХаОН. Высокий выход по току продуктов электролиза имеет место лишь в том случае, когдз гэвпзгеется примерно половина )тпК, содеркзщегооя е яс~пяяог гяоооле,

Распознанный текст из изображения:

Щелочи, отводимая кв ватодного пространства в виде рзвбавлвнного раствора (12-14Ф), содермит неравлсиивмуюся соль. В дальнейшем этот раствор подвергается выпариванию, в процзсое которого щйлочь и хлорид натрия частвчно разделяются, Поваренную соль возвращают в процесс, э щелочь в виде 50$-ного раствора является товарным продуктом. Нвчество щелочя удовлетворяет не всех ее потребителей ив-вэ сравнительно низкой концентрации АЙОВА а такие ив-ва налачвя примеси ( м 4$ ЛАЯ ) °

Избемать укаэанных недостатков позволяет проведение электроли- 1 эа раствори хлорнди нэтрмя в веннвх с яидкнм (ртутным) катодам. Не ртутном катоде водород имеет очень высокое перенэпряиение

Ф

( Ф 1 В), в то ие время равновесный потенциал разряда АЙ снимается в результате эквотериаческого процесса образования виальгамы натрия Жгф„. Процесс, происходмдий на ртутном катоде, моиет быть выраяен уравнением

АГа +8 "ПН~ ЯГаН$л . ' Образовавшуюся мвдкую амальгаму непрерывно выводят из злеатроливйра и разлагают водой по реакции

м.н~. ° н,ю — ын-й, ~нр

На грзфктовом аноде в электроливере, как и в ваннах со стальнаг катодом, образуется хлор. Таким образом, продукты электролиза з ваннах о лидкам катодом талас яе — хлор, щелочь и водород.

Упрощенная схема установки дая электролиза с иидким катодом авобракена на рис. 3.2. Ванна состоит кэ двух частей — собственно электролаверз 1 а равлзгателя 2. длектроливер 1 - длан, ный ящик прямоугольного сечения, сверху закрытый к(викой, в которой укреплены грэфктовые аноды 5. Н слегка навлонному дну ванны подиедена кзтоднэя вина; по дцу двииетоя тонкий слой ртути. Таким обравом, днище вэюы является катодом 3. В электроаизер подается нэоыщенный раствор тя(4 , который в процессе электролиза обедняется хлоридом натрия до концентреции 260-270 г/л. Обедненный расоол выводят ив ванны, донзсыщают солью до эонцентрацви 310 315 г/л и возвращают в ааектролазер. Обрэвуюкийся кэор вмводят через к)лизку взнял. Раваагатеиь 2 представляет собой П)КПЮУГСЛЬИФ абЛОб, ааэритмй КРЫМВОй, ЧЕРЕВ аОтОРУЮ ПОДЛ-

топ горичзя эола в отводится обравукщийоя водород.

Ыотамыи

СОл

Рас. 3.2. Схеме влектролиэйра с ртутным катодом й(йлочь непре(ывно вытекает иэ ванны. Дно имеет небольшой уклон, благодаря чеку ртуть двякется по дну в насосом 4 подается в злеэтроливбр.

Образующаяся в таком злектролизере щелочь не ээгряенена хэоридом натрия, таэ как раэлохение амальгамы проводится в отсутствае поваренной соли. Нонцентрзция щелочи, полученной при равлоиении амэлэгамы, зависит от количеотва подаваемой на рзэлскение всдм; она существенно эмке, чем в диафрагменнмх электролнэерах. В табл. 3.2 приведены сравнительные характеристики злектролизеров со стальными и ртутными катодаым.

" «чмй)юа®юю «

Распознанный текст из изображения:

Описание лабо то ной отановки

Таблица 3.2

Покаеатеаи работы промышленных влектролиеероа

Схема лабораторной уотановви иэобрахена на рис. З.З.

Основным аппаратом является лабораторный стеклянный электролиайр 1 о графитовым анодом 3 а стальным перфорированным катодом 14, рееделенннми фильтрующей вобеотовой диафрагмой 15. К эаектродам черве выпрямительный пульт подают напрякение поотолнного тока. Салу тока иемеряют амперметром 18, напрякение — воаьт метром 17.

Раствор хлорида натрия (раооол) подают черве делительную воронку 2, поддеркивая е элвктроливйре постоянный уровень иадкоота. Обраеукщайоя в анодном проотранотвв хлор откачивают иа еаевтровиейра водоструйюм насосом 6 и пропускают черве поглоти- тельные склянки 5, эапоаненные цеаочным раствором мочевюв.

В поглотательнах склянках 5 происходит 'очиотка сбрасыеаеюго в атмосферу гааа от хлора с аопоаьаоеанаем реакции

,Зд, +БМаОН+бО(ЯН), — ~1Ы'4'Рс'Й6)

О погаотатваьной опособноота щелочного раствора мочваииы оудят по окраска индмкаторе (мвтиаового ораниевого). Бела окраоаа индикатора вемениааоь о орамкевой не иеатую, рэотвор необходимо ээменать.

50

Рно. 3.3. Схеме лабораторной уотаноэки для

исследоеанил процесса электролиза эодноге

раотэора хлорида петрил

Распознанный текст из изображения:

Для того, чтобы всалючать утачку хлора вв ванны чврав

нвпаотнсотк соадкнктеаьпнх васмвнтсв, в течвнке воего вкопврвмвы.

та в ансдном проотранствв оовдают раарвавнке. Велкчвну раврвяаная камаряют У -обраавм манометром 16 к регулируют ввывнвнвам высоты гадравакчвакого ватвора (высоты столба ккдкостк) в

бврбятврв 4, чарек который в ляпаю вывода хлора васаоывавтся вою'" дух

Обравовавюквся на ватода водород к раствор гадроаскда наа

рвя марав ютуцар 18 выводят в овпаратор 12, гда проксходкт отдалвнкв водорода от щЬаоча. Для квмервнка объема обравовавювгооя

и ° °

кспольлуют аспарвтор 10, соединенный с установаол чарва

ара . , 06 обьемв гава, воквдювго в еспиратор, судят по аолкчвств ды, вытеюпай кв него чарва кран 9. Асакрвтор анабквк

тврмоывтром 7 для квмервнкя темпарату(ы собранного в нам гака к

(гг -обрав~щ маноывтром 8 для камареная раврекенкя.

о оа и вв ен васса квента

Чарва делктельцую воронку 2 валять раствор хлоркда натрвя, доввдя вго уроввнь в ванне до передав гранатового анода 3. В тачанка воего ввссврамвнта спадать ва поддеряанвем такого ка уровня расоола в ванна.

Включать водоструйный насос 6 к совдать в вводном пространотвв раерпавнвв 10-20 мм вод.ст. Прв нормальной работе водо- струйного насоса в барботере 4 провоходкт барботек ьоьдуха оо скоростью 2~ пувнрька в оваунду.

Прк вапрытом крана 11 проверять аспкратор на герметичность, Для этого открыть иран 9 к убвдктъоя, что котеченае воды кв аопкрвтора через нестолько секунд прекратятся. Прк этом в аспкратора устеновктся мавсимально вовмознов равреяенкв 200-800 мм вод.ст. Волк воточенке воды нв прварвщается, уотранкть нагврметкчность аспкратора. В течение всей посавдующвй работы иран 9 долявн быть откргг.

Проввота опыт холоотого хода, праднваначвнный для опредвлвнвя окстематачвсасй оккбка в впмеренкк объйма водорода, попадаидего в аопаратор. Зтв оякбва вызвана дополнктвльяа вытвснвнвем ка аопкратора води ьа счет аыравнкванкя даваемая в вопкрвторе 10 в сепаратора 12 к эв счет вытесненвя кв сепа-

Ь.

6.

ратора гьва явдкоотью, былътруюьейся чарва дкмррагыу. Для про-

ввдвнвя холостого опмта подоовдннкть в установка сапаратор12,

открыть кран 11 к в тачанка 10 мкн собкрать воду, вытеаающ~ю

чарва кран 9 в мерный цкакндр. Посла окончания холостого опы-

та (чврев 10 ыкн) ваарнть иран 11 к отсоединять свсаратор.

Ивмвркть обьем воды М~ , внтвонвнюй вв аспкратора вовдухо

во врвмя опыта холостого хода, ванвств его велкчкну в

табл. З.З.

Включать внпрямитваьный пульт в свть к с помощью кмеючевфф

ма пульта потвнцкомвтра установить ваданную првподаветеба(й

салу тока. Ипмврвть ввлвчкну напряквнкя на ванне. В теяанкв

всего вкспериманта поддеркивать поотинпврв салу тока.

Чарва 10 мкн посла еалючвнкя пульта в сеть вновь пркясвдк

нять а установка свпаратор а одновременно открыть кран.Ц, В теченае 10 мин собирать звдкость, вытекаюаую кв лспффааа ра. Закрыть кран 11 к одновремвнно отсовдднкть сапар~4$ф,'~~ Зв)(вйкы в табл. З.З данныв об объеме водм (у,,лытвк(й)арф сапаратора, раврезвнвк с)ъ в темп Й вйрй»', велкчкну напрякенкя в начале я в 7. Проввств 2 '3 парвалельных опыта, 8. Собранный в сепараторе в течение щйлочк подввргнуть тктроевнкю для огре вампвгося гвдроксида натрия. Перед ткт аироаанной водой со стенок сепаратора глубвну раствора в колба до 1,5 2 см) раме рю Д мл переииск водорода для раврую вованка екоторнх вовмоано в ревультатв 12 кап. лв ющйкааора

Довести уровень кислоты в бю))щййй до нулевой отметав к автвм добавлять к раствору щйкочм я(ь"к))юплы 1н вкавоту (парную влк соляную) до тбх пор, Пока Ыа яРоквойдйт нэмененкв оараокк яндяквтсра.

В качвстве кндвкатора мозно кспоаъвовать акбо м аовый ора~аювый, акбо 9еноярталаиа(ь Метваовыя оранкавмй в очной прада оараявн в кйатмй цвет, ф нейтральной в а ево-яйлтмй (момент окончаная тктроввнйя), в кволой - в' влй. Фвнояртааавн в щелочной среда кмввт красюй ц в нейтральной в кволой срвдв - бвсцввтбы.

Распознанный текст из изображения:

В момент изменения акраскк тнтровамне прекратить, даюаш

об объеме кислоты, израсходованной на титрованме занести

в табл. Э.З.

9. По окончании работм выключить выпримительный пульт. Вадоструйвк( насос оставить включенным для откачки хлора.

О бо ка еэ льте о капе им нта

1. Определенке выхода по току Д»л

Дия расчета Дмл необходимо знать фактически полученную мессу

водорода щми и теоретическую массую7г, и

Теоретическую массу рассчитывают по уравненкю (3.1), Длл

; аиределения фактической массы мошно воспользоваться даннимв

об объеые водорода, собранного в аспираторе. При условилх

эксперимента (температура н давление в аспиратаре) ом равен

объему зпщкости, вытесненной иэ аспнратора эа вычетом объема

шидкоати, вытесненной при опыте холостого хода

~/» ж (/

(3.9)

Этот объем 7»л необходимо привести к нормальным условмлм

по урвйнйнив а/

ЭьО

/

где,0/- бароыетричесиое давление, ым рт.ст.) 4Д -раэреиенме

в аспираторе, мм вед.ст.; 13,65 - плотность ртути, г/смз;

/Э - парциельное ддяление насыщенных водяных паров при температуре ь в аспиратсре, нм рт.ст,

Знал объем водорода при нормальных условиях, рассчитывают его

массу, применяя следствие нз закона Авогадро.

Двл расчете вмхода по току используют уравнение (Э.Д).

2. Определение выхода по току «~элаз»,

Теоретическуа ыессууг)~,лье» рассчитывают по уравнению (3.1).

Фактическую массугм~мэ»находит по результатам тмтраэанил

ь, (/

Г дд

(Э.11)

гДе Ц~йлЭ~ффъем кислоты, изРасхоДованной не титРованне, мл)

64

Л~- нормальность кислотнз 9 - вввиезлентнзя массе Лк0//,

г/моль.

8. Определение равновесного потенциала выделения хлора нв анода

Для определения потенциала Ж,а используют уравнение (З.ш).

Автиеность ионов ьб можно приравнять ионцентрэции ионов, шюрэкенной в моль/л. Например, для нзсыщеннаго раствора ЛИФ,

имеющего вонцентрзцию 31О г/л,

абб- = С„- =С„„ = — = ~З

ЭЮ

лл,з

(бовев точно: активность й равна Сл, где у - всеффицвент активности) для ионов 2 з ~ 0,91).

4. Определение равновесного потенциала выделения водорода нв

катоде.

Потенциал уе нл рассчитывают по уравнению (3.4). Активность

ионов водорода (концентрация) может быть определена, исходя

ие величины ионного произведения воды при 25 оС (2985)

С„'С„- - 1~™".

Концентрацию ОН (концентрацию дийти) у поверхности катоде

принимаем рэвной концентрации ОН в сепараторе. Последнюю

можно определить, енвя массу гидроисидв натрия и объем рзсз

вора в сепараторе. Примем, что объйм раствора в сепэрзторе

нв 20 ыл меньше объема еодн, вытекшей прн опыте холостого

хода. Тогда

гт)ч, » и

г~он- = ("м,зн ~р/ (/" р() ), /(З

/О

а„=с,. =

Сон-

5. Определение теоретического нзпрякення Уг проводят по уравнению (З.в).

6. Определение коэффициентов использования елеэтроэнергии.

Для определения/Рнл и /)В„ю применйют уравнение (3.8).

Отчет о работе должен содержать подробюй пример рзсчйта иоефрицкентов эффективности для одного из опытов и выводы о технологичесион соверпенстве данного процесса и путях его дальнейшего улучшения.

65

эшффиэшюю ' В 'ф Г

Распознанный текст из изображения:

Таблица З.З

Ревультаты исследования процесоа влектролиза раствора

хлорида натрия

Объем воды, вытекшей ив еспиратора во время опыта холостого хода, (/» , мл

Барометрическое давление, Р» э мм рт.ст.

Ф Ф

Э о

Э

сэ

Ф

о ЮСЭ а

Ф

Э с

а сэ

с Ю

а.а

Ф»Э

Ю Ф Ю

О Ю а

а

а

Ю

»э ММ

И

5

юо

н

ЙФ

а

Ма

Ц

Ю

Э О

о и

Ю

а

ОС

Ю

а

сэ а

и

Ф

ВЭ

Ф»

Ф

~Ф

3.

, сэ а ю о о

и м ю о п1

эа

о

М

О,

йьэ

и

Ф

ь

Ю Ф

Ф

»Э М

Ф

О,

а

о

ощ л

Ц Ф Ф

Ф а ю а »Э Э Ю «с»Э

П авила техники безопасности

1. Непрерывно следить ва окраской индикатора в поглотктельык

свлянках 5 с щелочным раствором мочевины. Если в процессе

експеримента проивойдет переход окраски индикатора ив орвнхввой в хелтуп, немедленно сообщить об етом лаборанту ила

преподавателю.

2. Нв протямении всей лабораторной работы с помощью водоструйного насоса 6 обеспечивать нвпрерывный барботзя вовдуха в

окванке 4.

3. Натегоркчесви вапрвщавтся при установленном сепараторе 12

деривть в вакрытом полохении вран 11.

4. При попадании на руви виолоты иии щелочи немедленно смыть

их бовьмим количеством воды.

Ф 6 »э аэ о

Я

И

Фа К

3.

8

Йа

Ф

а~

Ф

н

»Э о

Ф

сс а ь а»

Ф Н

а н

с

а яа

Й~

Ф

ФЮ

О,

сс ю

ма

:я эс

эа а

ОФ

онт ольные воп ы

1. Сформулируйте цель лабораторного исследования.

2. Раоскахите об основных аппаратах и приборах лабораторной

уотэновки:

- лабораторной ванне (навначение отдельных ее клементов);

— аспираторе (уотройотво, принцип дейотвия);

- вакуум-насосе (устройство, принцип действия).

3, Объясните суть опыта холостого хода,

4. Каково навнзчение и порццок проверки аспиратора на герметичность7

5. Нвк рассчитать:

- теоретическую массу гидроксида натрия, водорода)

- ф~актическую массу гидроксида натрия, водорода;

- вонцентрацию ионов водорода;

- теоретическое напряхение алеатроливв.

6. Сформулируйте авионы Фарадея.

7. Запиюите основсьэе и побочные химические реакциа, протекающие

в ваннах с твердым катодом. Как ослабить вредное влияние гидролава хлора7

8. Наково нааначение диафрагмы в ваннах со сталыыю катодом7 9. Что такое выход по току7 Как его рассчитать7 Как ваввсит выход по току от температуры, концентрации електролкта, конструктивных особенноотей электроливной ванны7 10.Что такое ковэ(эрицкент использования влектровнергии7 Как его

расочитать7 Как еаеиоит коэффициент испольвования эиектровнергии от температуры, ионцентрацки электролита, конструктивных особенностей ааектроливной ванны7 11.Расскаиите об оообенностях алектролива в ваннах с ртутным

катодом.

12.Расскахите о конструкциях промышленных ванн с твердым и икдвим катодом, приведите их сравнительные характеристики.

С7

Распознанный текст из изображения:

4. ХИОЛЕСКИЕ ПРОЦЕССЕ И РЕАКТОРЕ

Центральное место в охеме химико-технологического процесса занимает химический реавтор — аппарат, в котороы прн протекании химического процесса происходит превращение исходных реагентов в продукты производства. Осущеотзляемый в реакторе химический процесс предотавляет собой соеокупнооть протекаюцих в определен ной последовательности химичесвой реакции н физических яваений переноса вещества, тепла н импульса.

В основе математической модели гомогенного реактора лежит уравнение материального баланса, составляемое по одному ав вешйств - участников реакции. В отруктуру уравнения материального баланса вводится выражение для расчета окорости химичесвой реввции. Скорость хнмичеокого превращения при проведении химических реакций в реакторах любого типа определяется типом реавции, технологическими параметрами, временем пребывания реагентов в реакторе и условиями смешения реагентов. В свою очередь, время пребывания реагентов в зоне реакции и условия смешения зависят от гидродинамической обстановки в реакторе.

Различают три вида смешения жидкости в реакторе:

а) максимальная смешэнность (идеальное смешение);

б) промехуточное состояние смешения;

в) сегрегированное состояние.

В случае максимальной смешанности жидкооть, поступившая в реавтор, перемешивается на уровне молекул.

В случае промежуточного состояния смешения хидкость, поступившая в реактор, в начальный момент времени находится е сегрегированном состоянии, т.е. представляет собой совокупность большого числа небольших глобул, содержащих огромное чиоло молввул. Прщцполагается, что внешняя оболочка глобулы химически инертна в ей нааначенив заключается в том, чтобы сохранить ннцнвйдуальность глобулы. Только по истечении невоторого времени первые шнвзния глобулы разрушаются и достигаются одинаковые условия по обвйму реактора.

В полностью оегрегнрованном состоянии каждыЯ алемент жидкости, поотупявший в реактор, ст начала до конца (до выхода ° а реактора) остайтся неиамвнваи. Пра этом в каждом иа заементов жидвоств будет протекать лнмнческая реакция в соответствии ВВ

с уравнением сиороати этой реакции и темперзтураи режимом, т.е.

важдыЯ тавоя влемент жидкости можно рассматривать азв реавтор

идеального вменения периодичвсаого действия.

йвборзторная работа. ПЕРИЦЦИЧЕСКИЕ РЕьКТОР ИДЕЯЯЫЮГО СИШЕВИЕ "Цель работы: иоследование кинетики химических реакций в периодическом реакторе идеального смешения, определение

константы скорости химической реакции и енергин

звтиеацнн.

Тво етические основы

удобным обьектом для изучения оообенностей кинетики хими,ческих превращений является резвтср смешения периоднчвоаого действия.

Режим идеального смешения характериауетоя слелуюлимн допущениями:

- мгновенное изменение и выравнивание техноаогических параметров по объему реактора;

- равенство технологических параметров на выходе и в с~Мне

реактора.

В периодическом реакторе кда"льного смешения в соответствии с допущениями идеальности значения концентрации реагентов, степени превращения, температур, скорости реакции и так далее з лн бой момент времени будут одинаковы ао всех точках реактора, однако значении тех же параметров для одной и той хе точки в равже моменты времени будут отличаться ~рис, 4.1) ° Такам обрааом, процесс, протевашщий в пернодичесаом реакторе, является нвстационэрным

Для опрвделеняя кинетических параметров химической реакции может быть использовано уравнение материального баланса реактора идеального смешения периодичеокого действия:

л

СГС~ ш, С1ХЮ <4.1)

/Р,ДС4 А' 2 ЦГ„„(Х„)

где 'ь - время пребывания реакцнонной смеем в реакторе, необкпднмое для достюквния степени превршяення реагвнта ля1 ИЩили )ЯГ;лрл„ау- винетаческое уравнение реашци».

Распознанный текст из изображения:

'Я)Я

0 Г Г4 Еу

рис. 4.1. Характеристики периодического реактора идеального сыешенил

70

6ю ~(а ьлд

а3 шФ,Ф ~~$ <

Иу;да «Гйт ИГ (д

Са

с,,

(у

()(г

Сд,

~Р„) ,Ида 24'

о ~~г;

Чlгя "О ~Аа

И/ й,~ ИБ й,г Иугйд

В данной работе научается кинетика реакцик второго порлдка -омыленкя щелочью втиаового виара уксусной вколоты (атааацетата):

СИКОО( Н~ +ФадН %табл/а+~~К~ОУ СЯ - 8 - С О.""

Кинетическое уравнение тааой реакции имеет аид

Щ~у = ЙСР1~ = $.Гф((чо (Фо т Се/', (4.3)

гдв Ф - константа скорости химической реаации.

Представим уравнение (4.Э) в виде

иг, = 4У~с.~.

Тогда уравнение (4.1) махно написать

= У('с(. (4.4)

В соответствии с' уравнением (4.4) вависимость мехду КГ~~) и Ь является линейной; по величине тангенса угла наклона прямой линии моино определить константу скорости реакции.

Дая етого по получен~ам а ачслерименте аначениям концентраций реагентов в равные моменты времени строят вавиоимость

К~с~ = Чф.

Так как експериментальные точки обычно характериауются некого(вм равбросом, то при построении линейной аависимости целесообраано испольаовать метод наименьших квадратов. Конкретный вид Функции для необратимой химической реакции второго порядка вааисит от того, ввяты ли реагенты в отехиометричесвом соотношении или нет.

Если щелочь валка в иабнтке по отношению к атилацетату в М раа, т.е. СВ о/Сй о М, то с учйтом отехиометраческих аоотмошейлй мошно ааписать:

С = Сщ, -Сдл 6 = С~а ~Л~-Хл)

(4Л)

71

Распознанный текст из изображения:

Описание лабо ато ной стано ки

Эисперименты ороводят на уотановкв, иаобрахенной на рис. 4.4.

Основными элементами установки являются: - стеклянный реактор 7, снабхенный рубашкой для поддериания

постоянной температуры;

- мерные сосуды 17 и 18 для исходных реагентов, такие снабиенные рубашками для поддериания постоянной температуры; - термоотат 13;

— иемерктельные приборы.

Реактор 7 чарва ооединительные линии П и Ш саяеан с мерами сосудами 17 и 18. В реакторе, мерных сосудах и соединительных линиях подцеркивается постоянная температура. Для этого чарка тврмостат 13, рубашки реактора и мерных сосудов циркулирует теплоноситель (вода). Нуиную температуру теплоносителя уотанавливают с помощью контактного термометра 16 к' контролируют по аоваааниям ртутного термометра15. Для проведения акспериментое при температуре, блиекой по овоему вначению в температуре в лаборатории, а термостат подают ахлаидающую аоду череп кран 14.

Перемешивание реагентов в реакторе осущеотвляют с помощью мешалки 5, соединенной с алектродвигателем 1. длектродвигатель чарек выпрямительное уотройство 3 подключен к сети переменного тола ( Р 220 В). Изменяя с помощью потенциометра 2 напряшвние, подаваемое на елеитродвигатель, регулируют скорость вращения мешалки. Для намерения числа оборотов электродвигателя установлен тахометр 4.

За ходом процесса смешения к химачвоких реакций непрерывно следят по иаменению концентрации одного иа реагентов (щелочи). Концентрацию щелочи определяют кондуктометрическим методом по величине проводимости Я раствора, находящегося в реакторе. Для етого в реаитор введен датчик 11, соединенный о кондуктометром 9. Иаменвние концентрации щелочи (проводимости растворе) фиксируют на ленте вторичного самопишущего прибора 10, шкала которого отградуироввна в единицах концентрации (кмоль/м3). По оаончанаи эксперимента реакционную смесь сливают в сборник 12.

Ц

м Я

я ш

с

$

'Ы

х

И

"Ъ,

О3

а

о

~ Е.

: й

м

М

Ш о

с: Й

ж

6

о е е

о х

У~

76

Я

Распознанный текст из изображения:

По ок и оав ения екопв иманта 1. Закрыть краны "а" и "б" на линиях, соедивпсцих мерные сосуды с реактором, и кран "в" на линии слива раствора ие реактора. 2. Отмерив с помощью мерных цилиндров еаданныв количества исходных реагентов (щелочм и етилацетата), палить их в сосуды 17 и 18 соответственно. 3. Включить конлуктомер 9 и вторичный прибор 10 в алектричеокую

сеть. 4 . Включить тврмостат 13 и с помощью контактного термометра уотаноаить еаданщю температуру. 0 моменте установления в реакторе паданкой температуры судят по достижению постоянного уровня сигнала, ваписываемого на вторичном приборе 10. Перед проведением эксперимента при температуре 25 С необходимо прекратить подачу охлаждахщей воды череп термостат, ааврыв кран 14. 5. Заполнить реактор раствором щелочи, открыв кран "а". б. Включить еыпрямительное устройство 3, тахометр 4 и о помвдию

потенциомвтра 2 установить заданное число оборотов мешалки 5. 7 . Залить в реактор 7 раствор этилацетатэ, открыв кран "б", варе-

гистрироаать время начала ксперимента и включить секундомер. В. Снимать покавания аначен текущей концентрации С со шкалы

В прибора 10 черве вада в промежутки времени и ваписать их а табл. 4.1 ° 9. После окончен эксперимента реакционщю смесь слить иа реактора в сборйик 12 ° отк)лая ирэн "в". мерные сосуды и 'реактор 7 промыть диотиллироаанной водой. 10.Полученные данные и результаты расчетов свести в табл. 4.1 и

4.2. выела~яме Вариант 1. й 1. Провести аиспераменты с целью получения вавиоамостей концен-

Таблица 4 ° 1 Исследование кинетики реакции омыления атиаецетата

Таблица 4.2

Ревультаты обработки акспвриментальных деннж траций реагентов от времени (кинетичвокие криеыв) для стехиометрической и нествхиометраческой смесей реагентов при ааданной температуре. 2. Для иакдого акспериментз определить величину константы скорости ч. химической реакции и относительную ошибиу Е акоперимента. Вариант 2. о 1. Провести експерлмвнты с целью подученил взвкскмоствй концентраций реагентов от времени (кинетические кривые) для реакционной смеси изданного начального состава при рааличьюх твыпературах. 2. Для кжкцого авоперимента опредеаить величину константы ско-

рости Ф химической реакции и относительвую ошибку е экс- .

перкмента.

3. Определить веаичину энергии активации Е .

Распознанный текст из изображения:

б ботка в ьтзтов весле именте

1. Определение начальных концентраций реагентов.

В результате смешения реагентов А и В в реакторе в церзоначальный момент времени происходит их рзвбавлание (ва счет увели ченкя объема реакционного пространстве). Позтому начальныв концентрацик СА о и СВ о будут отличаться ат концентраций колодных Растворов СА исх 6,1 имоль/м и СВ ксх 0,1 кмоль/мВ. Принимая допущения моделй идеального смешения для расчета начальных концентраций мохно использовать следующае соотношения:

(дюсе 'Ьо Св,нсг Ущо

(Л,а = ' ', (В,, = ' (4.1В)

л,з 4, ' )/др ч (/др

2. Определение текущей ионцентрации реагентов.

Концентрацию щелочи (СВ) определяют по показаниям кондуктометра и вторичного прибора. Концентрацию зтиаацетатз опредвляхю из уравнения (4.5)

(я = 'Сл,~ -('я,. + Ля

3. Расчйт константы скорости химической реакции.

Константу скорости химической реакции для случая нестехиометрической смеси рассчитывают, нспользул уравнение (4Я), а длл стехиометрической смеси - уравнение (4 .11 1 Расчет проводит на ЭВИ с , иопольвоеанкем метода наименьших квадратов и програмы, приведенных в прилоиении 1У. Полученные вкспериментальные и расчйтныв вавиоимостк нанести на графвк, построенный в координатах

~~ Й'е) — Т' .

4. Расчет знергив активации Е проводят по уравнению (4.12).

для этого строят график в координатахйюа - -Е к определяют тангенс угла наклона ф о прямой линии и оси абсцисс (где

ф ('. --Е/Е ).

5. Результаты расчета записать в табл. 4.1 и 4.2.

В отчйте о работе необходимо предотавкть полный пример расчета для одного ив вкопериментов.

о ~'к г Рис. 4.5. Изменение степени превращения в вависимостк

от времени пребывания реагентов в реакторе Лабораторная работа. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ РЕАКТОР С ПР(ЫЖУТОЧНЫИ

УРОВНЕК СИИПЕНИВ Цель работы: определение константы скорости гомогенивации и

времени гоыагенизсц' и. Тес еткчесаие основы

В реааьном реакторе наиболее вероятно промеиуточное соотояние смешения реагентов (см. с. 68). В атом случае требуется некоторое время перемеюквания для того, чтобы началась хныическая реакция по коему объему реактора (рис. 4.5). За вто время во всех точках реакционного пространства достигаются одинаковые условия, т,е. произойдет гомогенивация. Обозначим вто время П' . Проведем ънализ работы реактора периодичвокого действия при промекуточноы состоянии смешения.

Пусть в начальный момент времени $' О в реакторе находится оден реагент В. Концентрация компонента В в реакторе - С- л °

и исхВ а его объдм «кВ с. При Ок Ь С 'Е' в реавтор поступает ревгент А в сегрегвровзнном состоянии. Какдый элемент потока резгентв А смешивается с рвагеыаом В, нв терка своей кндивклуальюсти (иоы-

79

Распознанный текст из изображения:

цвнтрацкя вещества А в глобуае остается навешенной и равной О~ ). За зтот перкод времена пооксходкт уменыкенке негомогенизвроваяного объема »(. Скорость этого процесса зввиснт от объема реактора и монет быть описана уравнением

М~Г > е К

(4.14) в котором ковффицнент пропорцнонзльностк К", зависящий от гндродкнзмической оботвновкв н конотруктивных особенностей аппарата, называется константой скорости гомогенквацкк (едкнкцы нвмвренвя - с ).

-1

Проинтегрировав уравненне (4.14), получнм

К, ~~ в~Р( А с) ~ (4 15) где кц; — велкчина гомогенивнровзнного объема1

К>'р - первоначальный объем С -го компонента в реакторе.

>

к

По нстеченни времена Г элементы хидкостк А н В будут перемешаны на молекулярном уровне (оостоянке максимальной сыеканности) к начнется хкмическея реакция. Объем микросмешенкя, в вотором вовнохно осуществление хнмкческой реакции,- Ус» . Очевядно, что характер авиенения во времени объема микросыешенвя будет описываться уравнением, аналогичным уравнению (4.15)

к (>„к,)~~-е»(> (>ГЯ и1»

гдв Т~ ь

(>йк;(~Л> — величины объемов якдвостк В в А в реакторе в момент времени Г - О.

Тзккы образом, гидродвнамическая оботановва в реакторе с мешалкой в этом случае оценивается двуык покавателямк — константой А' , характернвукщей сворость грубого смешенкя (окорость гомогеннввцкн) и временем гомогвнквзцкк ь " , харавтврвзукщим процесс тонкого смвшення (смешення реагентов на молввуаярном уровне н начала хнмкческсго ввакмодействкя). Оба параметра сущеотвенно влияют на скорость химического превращения.

Константу сиоростк гомогенквацвк >к" определяют опытюм путйм по свороотк навопленкя кндкквтора (трассвра), вводимого в реактор. Приннмая условна мгновенного ввода нндкватора в реактор, мошно запасать:

ВО

Нс кС

(4.17)

и

Разделав переменныв н проинтегркровав уравнение (4.17), получвм 4ормулу для расчета б

г~ с...

Си, э

где Сще — начальная концентрация индикатора в момент времвнн

Т.О;

Гм,к — постоянное значение конечной концентрвцки кндккатора, устзновнвшейся в реакторе ко времвнн Г

Время гомогенквацна ь е определяют прк совместном рекюннк уравнений (4.15) в (4.16), уравнення х>п>вческой ккнетнвн Щ*й(зф в уравнвння ыатеркального баланса, составаенного по одному нв компонентов, учаотнквов реакцнк (например, компоненту В)

а~~К ~6)' ~У,

Км ь(>г6 ~6, и>к (4.19)

кк.с

(4.13)

Мвтп ка ве ения вкспе имента к об абот н вкспе вментзльных

Аанынх

дкссернненты проводят на уотановкв> нвобрахенной на рис. 4.4 н опвсанной на с. 74. Баретку 8 заполняют раствором кндикатора (О>1 н раствор № ОН ).

Для проведения вкспвркмента по определению константы скороотн гомогенкеацкн Кв нвобходнмо:

1. Закрыть краны "а" в "б" на лвннях, свявывакщих мерные сосуды

о реактором 7, к кран "в" на линни олива раствора нв реавтора.

2. Отмеркв о помовдю мерного цилиндра заданное преподавателем

"величество днстнлллрован>к>й воды, валить ей в сосуд 17 клк 18.

3. Включить кондуктомвтр 9 н вторнчнмй прибор 10 в влевтрнческую

оеть.

4. Вквючнть термостат 13 н о помощью аонтактного термометра уотановкть ааданцую температуру. О моменте ее установления в

реавторв судят по доотикенкю постоянного уровня свгнала,

запноываемого на вторичном приборе 10.

5. Заполнять реавтор днстнллнрованной водой, открыв кран "в" илн "о".

81

Распознанный текст из изображения:

.". Завесить заданное величество волчедана. условия вксперимента

ваписать в табл. 1. 1.

4. Подготовить аналитический раствор. Для этого в сосуд 13 налить 10 мл 0,1 н раствора йода, добавить дистиллированной воды до метки, укаэанной на сосуде, и 5-10 вапель крахмала.

5. Трехходовой кран установить в полохение, при котором обхиговый гав поступает в поглотительный сосуд 12 с раствором КОН. б. По доотихении заданной температуры вагрувить вввешенную навесну колчедана в реавтор. Для этого необходимо еыкшочить

вовдуходувку 1, насыпать в капсулу 10 череэ воронку навлеку

колчедана.

т. Ввлючить вовдуходувку и вафикоироэать время начала эксперипента.

Ь. Черен 5 мин после начала эксперимента переключить трехходовой кран 11 на поглотительный сосуд 13, одновременно включить секундомер и магнитную мешалку; пропускать гав черве

сооуд 13 до моменте обесцвечивания раствора. В момент обесцеечивания выключить секундомер и ыешалву, переключить кран 11

на поглотительный сосуд 12.

Таблица 1,1

йсхольые данные и ревультаты исоледовання обхига колчедана

9. СодеРлиыое сосУда 13 выаить в каналивацию, пРи этол ма~ нитный стерхень долхен оставаться в сосуде. Заполнить сосуд

водопроводной водой для полного вытеснения содерхащвгоон э

нем гава, ватам промыть его водопроводной и дистиллированной

водой.

10,Всооуде 13 приготовить новый аналитический раствор в соответствии с уваэанным в и. 4.

11.Черве какдые 5 мин повторять отбор гааа на аналиа в сос тветствив о увааанным в и. 8 в течение времени, аадавюго

преподавателем. Пооле проведения вахдого анализа выполнить

работы согласно п.п. 9 и 10.

12.ревультаты эксперимента взнести в табл. 1.1.

б аботкв эволе иментальных анных

1. Для ваядого проведенного анализа рассчитать количество прорв>- гвровввшей серы уэ(л , которое определяетон количеством йода,

вврасходованного на реакцию (1.7). Для анализа испольпуетсп

0,1 н раствор йода, содерхащий в 1 а раствора 6,1 эквивалента ~в , следовательно, 10 мл раствора оодерхат 10 е эквиваленте 7л . Реагенты вваимодейотвуют друг о другом в экпивалантнлх воличествах, т.е. с 1 эквивалентом йода вваимодейстэует

1 эввивалвнт серы ( входящей в состав глХл ), а именно 16 г,

э о 10 а эввввалента йода вступает в реакцию 16-лО в г серы.

2. Зная количество серы Му и время 4Г , определить маосовую

сворость выгорания оеры ив колчедана уу)Г , г/мин

16./О '

М~

(1.8)

Э.

. Построить график ваввсимооти /7)л от времени 7 ввсперимонта. Проинтегрировать полученную вависиыость /У)л (Йу численными методами (например, методом трапецый) и определить количество всей серы йА , выгоревшей к 'моменту проведзнвя 4 дого аналива

дЩ * ууу,ф.

Ф

10

Распознанный текст из изображения:

6. Включить выпрямительное устройство 3, тахометр 4 и с помощью

потенциометра 15 и электродвигателя 1 установить заданное

число оборотов мешалки 5. После достижения; реакторе заданной температуры произвеоти ваыер проводимости Е воды в

реакторе, Перед проведением вкоперимента при ь ~ 25 С необходимо прекратить пода гу охлаждающей воды через термостат,

закрыв крзн 14.

7. В область датчика 11 ввести 0,2 мл индикатора, открыв кран 8,

и записать кинетику изменения проводимости к на самопишущем приборе 10.

8. При заданном числе оборотов снять 3 кривых зависимооти и('ьу' .

дксперкмеьтг выполняется не менее чем для трех значения чисел

оборотов мешалки.

Константу скорости гомогвнивацил К определяют по уравнению (4.18).

В расчетах вместо Си — значений концентрации индикатора- в уравнение (4.18) можно подставить соответотвующле значения проводиьюстей к , которые измеряют с помощью коцлуктометра

й'ж ~ СП ~"

со

(4.20)

где Я, — проводимость иоходного раствора в реакторе 1 до ввода трассвра;

к» вЂ” поотоянное внзчение проводимости, которое установилось в реакторе после вводе траппера к моменту времени

На рио. 4.6 покзван вид экспериментальной кривой л (ьу'.

-1 Эксперимент проводился при скорости вращения мешалки 25 мин и проводимостк исходного раствора лл 1'10 См. Нак видно кв

-5 графика время, необходимое для достижения в реакторе постоян-

-5

ного значения проводкмости Я»' 4'10 См, составляло 40 с. По урзвнению (4.20) расочитано значение величины К = С,С35 с .

Длл проведения эксперкмента по апредегению времени гомогениэапии ь необходимо:

1. Закрыть ьраны "з" и "б" на линиях, соединяющих мерныв сосуды

с реактороы, и кран "в" на линки слива раствора иа реактора.

2. Отмерив с помошдю мерных цилиндров заданные количества исхад- 82

О тО ~о

Рис. 4.7. Вид экопериментальной кривой

~го ~.д',с,.

ных реагентов(щелочи и зтилацетата), валить их в сосуды 17 и

18 соответственно.

3. Включить кондуьтомвтр 9 к вторичный пркбор 10 в влектрическую

сеть.

4. Вилючить термо тзт 3 и о помощью контактного термометра ус.ввозить залвнную темпеоатуру. 0 моменте уотаноьлвния в реактора

заданной температуры судят по достюкению постоянного уроси»

сигнала, записываемого на вторичном приборе 10. Перел проведением в»сверк ',ентв при температуре 1> 25 "С несбходю.с прекратить по эту охлакдающей воды через термостат, закрыв крап 14.

5. Заполнить реактор раствором щелочи, открыв кран "а'.

6. Включи.ь выприыительное устрой.тво 2, тахомвтр ~ и с помощью

потенцпометпа 2 установить вздвннсе число оборотов ыолальи 5 7. Залиль ь реактор 7 раствор втилацв: та, чтврыв кран "б", зарегистрировать время начала кислер»мента и включить секундомер.

8. Через ваданные промежутки времени опрецелпть концонграцю»

щелочи СВ (по данны» потенциометра 1С) и зопксывать их в

табл. 4,3.

9. После окончания эксперимента реакционную свес . слить из (каптера з сб~рни~ 12, от«рыв кран "в". Кериме сосуды и реактор 7

проыыть дистиллированной водой.

10.8 той же последовательности провести акоп .римент при новых

условиях.

2

Распознанный текст из изображения:

Варианты ваданий

(4.20)

Правила техники беэопзсноств

Контрольные вопросы

34

Определение времени гомогенивэции ь, проводит нз основе обработки вкспериментэльных данных по кинетике реакции омыления щйлочью этилового эфира уксуоной кислоты (втилацетата). Преобразовав уравнение материального баланса (4.19) с использованием взвиоимоотей (4.15) и (4.16), получим ныраиение для расчета врвыени гомогенквацик

г" = — '„а

К" Сб (~- /~~э) екР(-.с'Х)

де Я = ФСш~+а(Сш/ЫК;

Кй,

,8«Ся „..(,= я, „,

щз+ В,э

Ф 109 ехр (-42000ДКТ), с 1.

Ф

Как видно из уравнения (4.20) для определения Е нуино

знать величицуКузйфГ в данный момент времени Е , Значения Шц~й

определяет по тзнгенсу угла наклона каозтельной к кинетической

кривой Сеф~ при выбранном 7 . Найденные таким образом внэ» '

чения ((Сафа и рассчитанные по урзвнению (4.20) значения 'Г для

4-5 моментов времени ь после начала эксперимента взнооят в

табл. 4.3.

Таблице 4 3

Исследование кинетики омыления этилэцетата

Значения 7"з, опредеаенные для нескольких моментов времени 'Г, усрвдняют.

Вариант 1.

1. Провеоти эксперименты с целью получения зависимости константы саорости гомогенизации от числа оборотов мешалки. Эксперименты выполняют не менее, чеы для трех значений чвоел оборотов мешалки при одной температуре.

2. Для аакдого эксперимента определить значение Й

Варивнт 2

1. Провести эксперименты с целью получения эависиыооти аонстанты оворостл гомогенивзции от теыперату)к. Эксперименты выполняют не пензе, чем для двух значений температур.

2. Для кзядого акспериментз определить эначенае Г~ °

1. Во избехэние попадания исходных реагентов на кощт руа, лабораторный стол необходимо:

- отк)нвать краны "а" и "б" легвим поворотом, не выдергивая

пробву ив муфты(

- в течение воего эксперимента кран "в" дояяен находиться в

ваарытом полоиении.

2 . Во ивбекзнке выхода из строя переывшивзющего устройства нв

допускать увеличения числа оборотов мешалки выше 300 мкн 1.

3. Категорически запрещается касатьоя руками дэтчккэ 11 во время проведения акспериментз.

1. Назовите цель лабораторного исследования.

2. Перечислите основные приборы и устройства, входящие в ооотэв

установка в укахкте лх назначение.

3. Напишите уравнение явучэемой химической реакции. Концентрэ-

Распознанный текст из изображения:

ию левого вомпонентв определяют в эксперименте? Какой сноб определения концентрации при етом испольвуют? то нввмвают окоростью химичесвой реекции, поряцком реакции, нстентой Оворостк реевции, внергией актиевции? Нек их

считвть?

нввмввют мвтемвтичесвой моделью химического реакторе?

ова струвтуре математической модели?

ые допущения лахат в основе модели идеального смешения?

тавьте уравнения мвтериального баланса для периодичеоо и непрермвного (стационарного) реакторов идевкьного

шения.

рвссчиткть константу скоростк Й и анергию вктивкции Е

основении вкопериментальных данных, полученных э иаотереском реакторе идеального сне~кении поркодкчеокого дейот?

винте стационарные реакторы идекльного смешения ы идеельо вытеснения для проведения прост»х реакций.

овкте обпаоти орименения реактороь перкодичео;с~о дейот, их преимуществе и недостзтки со сравнению о :нк точнмми егорами.

е ив 1

А КОЙЧЕДЙЙ

Распознанный текст из изображения:

Ря!нт чназескл кол»Яаана в ТРамнак "Г т >и»от а

Ря>нт "паооент сего В коячеаане к "; т 1иРот с

и а сччоо

т "тлл, ° "

В<н тт<тг>,а<тг>,тг<тг>

РВ!ит "числО замеРОВ "; 1 !и Рот а

Ра!Ит "занеаи ваенен оеес иеечивлниа л секчнаа к "

соа ) ° 1 то а

Ра!Ит оа!Ие т»,)> т Тмаот 11(>)

17 Т1()) 0 ТНЕИ 130

тг<л)-тт<)>760

В<» .016(тг()>

ГГЕ Хт 4

а "т,с т,нин И5,Г/мин"

Ратит 1 Рй!ит а»

Гоа > 1 то а

РЯ1ит т1(4) тг(л) а())

иехт >

Ра!ит »т,мнн"т ) ), "тк 1 ", "тк г», "тк з "

О!м л()г>,естг>,х<12>,т(<тг>,тз<тг>,ть<тг>,т)<тг>,а<12>,т<тг>

Гоа и 1 то а

йеаа ть(н)

ВЛТЛ 5,10,15,20,25,30,35 ЬО,Ь5,50,5',ЬО

ТГ И*О тйен зоо

В(м) (а<и)+а(Н-1)> »2.5

со то з)о

С (И) Л (И> 5

С (Н) Е (И-1)+5 (Н)

к<н> ° с<и>ГИ 1 а<и>- 1-х<н>

тз<и>*таси>>х<н> т ть(н)-та<и>Г<1-з*а(и) .66»г я<н»

тт<и> та<и>7<1-В<и> .зз>

РЛ1нт ть(н)»т5(й) ть(и) т7(н) т нехт н

к.а т Гоа )*1 то к т х(>> тс<)) 1 иект )

Гоа ) 1 то к т ч<>1*15<>) т н» "тк)» т нехт >

СОЕОЕ ЬОО

ГОЛ ) 1 то к т ч(>> т5<л) т и»*"ткг" т иект )

аозов ьоо

Гоа ) ° 1 то к т ч<)> тт<)> т м» "ткз" т иехт >

С05ОВ 600

60 ТО 2000

тт*о т тг*о ( тз ° о т ть.а

Гоа 1 ° 1 то к

тт*тт»х<Т> г т тг*тгчк т тз тз+х<Т> ° т<Т> т ть тсчт<Т>

иЕхт !

О1 т1 к-т2 2

аг тз к-тг ть

аз тт ° тс-тг»тз

а лгчат 1 а ьзчат

Ра!ит \ Ря)йт "линеанля аппРОкснилиия"

чт» "т л»ал.клал »Лала.лала »х ) 'сс!"

тг "ч*а»лл,алла аячла,аяаа ° х ) 'ш."

!Г л<О тиеи Ра!ит ох)иь чг ,в,а,м ° т аетоаи

Ра>ит из<и< тт °,з,а.н» т аетоан

еиь

20 30 ЬО Ьз 50 ЬО 70 Зс ОО

ТОО

110 120 130 135 160 150 160 170 210

гго

230

гао

250 260 270

гво ЗОО ЗТО

320

зао

ЗЬО

ЗТО ьоо ььо

»РО

Ьаа 510

520 550 5ЬО 600 610

ьго ььо

Ь70

ЬЛО

690 ТОО Т20 725

тгь 727 Ггл

750 РООО

ВВ

Текст прогрвааам на языке ВЭЙСИК

Условные обозначения:

А - масса колчедана, г;

С - е<щерианке серы з колчедане, $» .

0 - массовая скорость выгорания серы, г/ыин;

(Р— масса выгоревшей серы, г;

д — номер замера;

Ч> - число замеров;

Т1- вреыя обесцвечивания раствора йода, с;

Т2- время обесцвечивания раствора йода, мин;

Т4- время от начала опыта, мнн;

Т5- время полного выгорания серы для случая лимитирования процесса

внеиней диффузией;

Тб- время полного выгоранмя серы для случая лимитирования процесса

внутренней диффузией;

Т) - время полного вмгорания серы для случая лимитирования процесса

кизаичеекой реакцией

НГ - масса серы в колчедане, г;

Х - степень преврапения серы,

~к» ~

ПРОГРААИАА РАСЧЕТА РАВНОВЕСНОЙ СТЕПЕНИ ПРЕВРАЩЕНИЯ ДИОКСИДА СЕРН

МЕТОДОИ ИТЕРАЦИЙ

Текст програыиы на языке ВЭЙСИК

10 РЯ1ит 'а ( молой. Вола ) т ( к )Г

20 !йРОГ С1,Т

»

с

зо к*)а <ьооз.зчт-ь.а<55> < сг <1-ст) ° .21

о х-К(<К»ТОЛ « 1-.5 с< хо>ГРГ<сг-.5*<1.хо) »

° . < »'т < хо=.ч

50 ТГ Х»ХО ТИТИ 70

60 хо»х т со то ао

7о Ра)йт 'а*'ст,'т* Г,'хе» х

ЛО Е»6

Распознанный текст из изображения:

Текст программы на языке БЭЙСИК

Условные обозначения:

5 О)еи тт соа Оотрчт А5 Гт(е аз

10 Ратас А тн тх От хн ХК ОХ

20 !ИРЧТ А,Т1,ТЕ,ТЗ,Х1,(2,ХЗ

зо с хааа.ссас(

60 Р 1 ( О (1-А)*.21

50 Ратит Гз,'А ';АГ'в 'Го

Ьо Ратмт аз...,'ч (отн)'

70 Ра)ит аз, т кР

во т=тт

90 К1=10'(6905.5/Т-А.Ь(55)

таа минт аз,т/

тта Ратнт ВЗ,ЧВ(НЕ СИ,К)Г

\го тс т>воз тнеи 150

130 К=10 (1.66-1250/Т)

160 ЬО ТО 160

150 Г(*1.561

тба Х Хт

170 Ч1 З-.5*А*Х 1 Ч2*1-.5>А*Х

тво чз (х/к(/(1-х » 'г

19о чб А чг*(т-.г.х)/(1-х)

200 Ч*К*Р*Ч 1 /ЧС*( 1-Ч 2 /Ч 1*ЧЗ )

210 Ратит хз 05)ис Г чс

гго тс х>=хг тнеи г(о

230 Х Х+ХЗ \ СО ТО 170

гаа Ратит аз,

250 )Г Т>=Т2 ТНЕИ 270

гбо т=тстз 1 со то со

265 (ЕОЬЕ СЗ

270 ЕИР

условные обозначения

с

А С1 — концентрация УСЕ в исходной газовой смеси, мольная доил 1

СБ - концентрация ОБ в исходной газовой смеси, вольная долл;

К - константа равновесия;

Р - давление;

Т - температура, К;

ХŠ— равновесная степень превращения диоксида серы.

ПРОГРАММА РАСЧЕТА ОТНОСИТЕЛЬНОЙ СКОРОСТИ ОКИСЛЕНИЯ ДИОКСИДА СЕ1ЧГ Блок-схема расчета

АЧС1- ТН Т1- ТК Т2- ДТ ТЗХН Х1- "К ХЕР В КР К1- К

М

концентрация ЛОБ в исходной смеси, мольная доля;

нижний предел температурного интервала, К;

верхний предел температурного интервала, К;

иаг изменения температуры;

начальная степень превращения;

конечная степень превращения;

давление;

концентрация ОЕ в исходной смеси, мольная доля;

константа рввновеоия;

-1 .

константа скорости прямой реакции, с

относительная скорость окисления диоксида серы.

Распознанный текст из изображения:

Га(В В'.

Евтврвтуре

НРОГРАИИА РАСЧЕТА КОНСТАНТН СКОРОСТИ РЕАКНИИ КРЕКИНГА ЯЮИНА

Блок-схема расчета

И Вно (к АУклбев)вв В

Ч.1, 460. вкииичввкой телиологви,

Иноее и вие Учебное(ОО онл«

пер вб

° .р'идоф4.Н

(Е /

Текст прогрв)вам на языке БЭНСИК

го Рагнт 'выхоа еенхина ь '; 1 (нныт с

50 Рн(и( 'константа скоиостн к), 1(с '; 1 )наот к)

ао Ра)н) 'внена Оиевывании т, с '; 1 )нио( т

50 К=К1*1 1 Ч=О

ьо а=(

70 В (К*(ЕРЕХР("К)-ЕХР(-а)))(Е

80 (Г а85(К-В)<1.000ООЕ-ОЗ 60 10 100

оо =1 ° авх((а-в)(г) 1 50 то ьо

)оо Ра(н( 'кг*т= ;а „ кг, 1(с ')8(т

110 ЕНО

Условные обовнвчения:

К1 - константа скорости реакции крекинга газойля г

КБ - константа скорости реакции крекинги бензина;

- среднее время пребывания реагентов в реакторе;

г - выкод бензина.

Распознанный текст из изображения:

Уд(( 66.0 (075)

Блок-схема расчета

Е -смнбка эксперююнта;

Е!»среднеквцдратичная оаибка.

З Московс-

у' хю'зчаского мам

маминострозния (МИЛМЛ с,

1

Химическая технология и основы проныпленной экологам Лабораторный практикум. /Под общей редакцкей Т.И.Бонда М.Г.Беренгартена. М.: МИЛИ, 1936. 95 с.

Лабораторный практикум по курсу "Химическая технология и основы проныиленной экологии" содериит описание, методику выполнения лабо то

раторных работ и методику обработки экспериментальных данных, в том числа с использованием ЭВМ. Во всех лабораторных работах, моделирующих промыиленные химико-технологическве процессы, рассыотрены вопросы охраны окрухаккрй среды Л практивум предназначен дпя студентов, обучзвидхп во ') ?

> я во 1

и Мзшззы и аппараты химичесвих производств".

Рио. )6.Таба. 13.Библиогр. 3 назз. Р

Д)щЕ аИ(И)~$

БРОГРАИМА РАСЧЕТА КОНСТАН(Ы СКОРОСТИ РЕЫЩИИ Г1ЩРОЛИЭА

ЭТИЛАЦЕТАТА

условные обозначения:

.(/ - число измерений )

Х( 1)массне значений времени . ззи участив . (л) С(Т)-мэссиз значений концентраций щелочи ) -.„ндареза, )(.Г. БеУт -значение Функции Г(б);

И(1)-массив значений концентрации атнлацетава

К -константа скорости химической реакцик;

Распознанный текст из изображения:

Текот програыиел на. ланка БЭБС$К

.,"' (

нет/0>, 1 > !иный °

А.сьо~ > 1 !мнит аа а с во' > 1 (йчгнт эа

А-Слал ! 1 Сннэт ВО

с> 'гк

Ч ВТ 1/((1/50> (К*Х((>>>

Ь !-АВС (3 1-З (! ) ) Я 100/51

и с

(ела>

КВААРА1И«ЕСКОЕ ОТКЛОНЕНИЕ Х '>51

С Ыопн

'т'

ОА01ВО\Е20

. . н!иетнн ческл я сиесь 1(ал/

50 РНТИТ 'СТЕХН!

тт Я 1 ТНЕЛ' 60

1,

50 РЯТИТ 'НАЧАЛЬНЛ К

Е Он«ентРА«ия Венестал

А КОННЕНТРА«ИЯ ВЕВЕСТВА

'НАЧАЛЬНАЯ К

50 тг о о тнеи Тоо

ФО РЯТРГ 'НАЧАЛЬНАЯ

Ь ЛЯ КОН«ЕНТРАММЯ ВЕНЕСТВ

Рхтит 'число точек )

А

1>0 51Н 5 (20) Х(20>

Тгв Рятит 'тектнне кон«ентРА «НН'

1(О В ="С(ЯЯ) ° "

150 Ря!Ит Ов)нв вя,!

130 Ря(ит

)1(ИР«т 3(т> 1 иехт

Ттс гоя ! 1 то н

'ВРЕМЯ ОТ НАЧАЛА ОНМТА'

180 51 ."т(ея>."

190 Рятит О5тив 31« т/1 >иР«т х

гоо тг О 1 со то гго

г>о во то гьо

220 ГОЯ ! ° 1 10 И

230 11 1/5(!)-1/30

у ф 240 МЕХ( !

йх~ гво во то гоо

гса гох . ° т то и

гто ° 1 ЬОО(ЗЬ/>Нл(55-3 +

- гео нект

- Ь+В (!» > >/ (35 (Н-1>)

гво ГОЯ !.1 тО Ч

,:,ао С.ТТ*Х(!)

60 л

)-о а*о ° (х(! » г

в о иехт т

55 1 . 'ЭЮ

л' к-л/а

5 1 РЯ(ИТ 'ЕЮ«СТАН!А СКОРОСТИ К, Н

580 (Г Я \ ТИЕИ Л10

(90 5'.*1/(1/56)+(Клх(!)))

'00 '0 10 420

ПРКДЭСЭОБЭБ

Бзучение дисциплины ЯХимичеокэя технология и оонозы проиыю-

аенной акологын" отудентами, обучающиыися по специальности "йа-

шитые а адпараты химическкх производотз", включает три вида ваня-

вмйз лввцмев, лабораторный практикум и выполнение курсовой работы.

Брв 'сачвтамым этих видов обучения закладывается доотэточный К(/н-

д дащ последующего изучения дисциплин специалнаэцни.

ваь еподазания нурса - развитие у будущих ннженероо-ме-

ывыд~па оаогического мышления, необходимого при разрэботье и

зысщйуат ' химического оборудования, машин и аппаратов. Значи-

мо>лыгнад аь прм этом отводится Лабораторному практикуму.

йа зторпый практикум по "Химической технологии и основам

щраеыыклвнйой экологии" проводмтся на установках, центральное мео-

ып ы ыеторых ванимает химический реактор для осуществления рээ-

лшчтеы жа~(мызских процеосоа. На лабораторных устанояаЭХ студенты

прободны исследования с целью изучения особеннсотзй ТОГО ыли ИНО-

гп типы реактора либо определения характера влияния параметров

технологического процвоса.

' По результатам последования студент пыполняет необходимые

расчеты, причем в большинстве работ с использованием Эйм. Эатом

он составляет отчет, который содержит задания и цель работы,

,схему тахнологачеслой установки, таблицы эаспериментэльных да—

!меж! 'паочеты и грэ(рики полученных зависимостей, анооды по розуль.

та(а(ме работы. Энпоаненная лабораторная работа доожна быть защище-

.йа йал(ыьлл отудентом у преподавателя,

'! Б настоащем лабораторном практикуме содержатся описания ла-

бврвчпр>их работ по "Химической технологии ы основам прон)лелен-

ыю4 щ>щ>аогии". Особов внимание уделено вопрооэм защмвы окружаюый>й йра>вал в авучаеиых химико-технологических процессах. Б прило- „,'Ф,

ывмыяы й ааборатортм(м работам првввдены программы рэочета экопе-

уеыейвавахатщщвх дан(щ>х на ЭЭМ.

$ впщтаваэныы опксанмй аабораторылх работ принимали участяе

йрвпщйвйм>з(ваи кафедры химической техноаогыи Т.Й.Бондарева, Б,Р. Бе- 'ь

/

реыгартен, й.й.Булатов, Э.Д.Кибрик, Б.Г.Пикулин.

Распознанный текст из изображения:

П авила техники безопасности

12

сФ, Рассчитать отепень превращения серн по фо(э~ле ХУ в 47 лМл'

(1 ° 10)

М» где 46» определяется по содержанию У в исходном воачедвне. Построить график зависимости Хя~ СЮ. 5. Рассчитать 'с», 7„, С» по уравненви (1.1), (1,8) и (1 ° 5) для всего интервала изменения времени (и соответственно степени превращения Ху ). Результаты раочета .внеоти

Г 1/»

в табл. 1.1. Построить графики зависимостей (п(ь) ° 6. Определить по виду графиков х»' = х(су лкмитируюл(ую стадию гетерогенного процесса н дать рекомендации по интенсификзцав процесоа. 7. Обработка аксоеркментэльных данных может проводиться о нопользозанием ЭЭМ. Б приложении 1 приведена програыма расчета Й» ~ 1 Ь

. Кроме того, методом нзвменьюих квадратов расочнтываются козфуицкентн уравнений линейной регрессии ,. -Я +Л,~ Ф

л с+Я~ »

(1.11)

'~» - ~Э

При наличии лимитируюдей отадии в втих уравнениях должно быть получено постоянное значение Т» для любого вначения 7' т.е. Я( -"О . Так как полученные экопервментальные данные имеют разброо, свяванный с ошибкой опыта, то можно считать ажитирующей такую отадию, для воторой внполняетоя условве

Я;<Е

Величину Е задает преподаватель.

1. Вапряхенне, подаваемое на элевтропечь, не должно превышать 110 В. . Эзгруэиу волчедана в реактор производить тоаько при оталючевнсй вовдуходуйкэл

В. Прн наполнении поглотительного оосуда раствором йода плааь

поворачивать пробку крана, не выдергивая ве ив муфты, соб° юдать мазсимум осторожности. При поввдвннн раствора йода на

руви, омыть вго'большим количеством воды.

4. Не допускать выхода обжигового газа в атмосэеру, постоянно

оледить аэ барботажеы газа в погаотительных склянках.

1. Сформулируйте цеаь лабораторного исследования.

3. Расскажите об основных аппаратах, приборах лабораторной установви, их назначении, устройстве, принципе действия.

3. Что тааое чиоло псеадоохикения и критическая сворооть поевдоожкжения7

4. Кав рассчитывается количество выгоревшей серы и опрвдевяетоя

скорость ее выгорання7

.Л 5. Как рассчитывается отепень превращения и время полного выг~

рання7

6. Как определяется лимитирующая стадия процесса обжига коачедана о иопоаьвовзнием вкопериментаэьной зависимости степени

превращения от временк7

7 Опвшите химизм процесоа обжига колчедана.

» 1 В. Каково теоретичеокое содержание ХОл в гаев, полученном при

обжиге колчедана воэдухом2

'( 9. Опишите обжиг колчеданз как пример гетерогенного процесса в

оистеме "газ-твердое". Дайте определение лвмитнрующей отадии.

10.Перечислите способы интенсификации процесса при лимитировании

его рзвличинмн стадиямв.

11.Изобразите схему конотрукцви печа кипящего слоя дая обжига

колчедана, дайте ее харавтеркотвку, отметьте преимущества. и

недоотатки. 7~

~ и °

Распознанный текст из изображения:

3. ГЕТЕРОГЕННО-КАТАЛИТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Кеталиа играет ведущую роаь в научно-техническом прогреоое всех отраслей пронншаенности, свиаанннх с химическими превращениями, а также в раавитии энергетика к решении проблемы охраны окружающей средн.

Каталин — ато ускорение иаическнх реакций под воадействием вещеотв - катааиэаторов, которые вотупают е промеиуточное химическое веаимодействие с реагируазцимн веществаын, но не входят а состав продуктов и регенерируются поппе каждого цикла промехуточных взаимодейотвий. Катааиваторн поэвоэяют увеличить окорость химических реакций от неивмеримо малых величая до чреавычайно больших, э также направлять химичесаие реакции в отороцу сбравоввния требуемого целевого продукта.

Катааиа может быть испольэован дия усаорения всех термодинамически воеможнмх юмнческих процессов.

Дия многих термодинамически раерешенннх реакций енергия активации наотоаько пекина, что онн не могут протекать с ааметной скоростью. Задача преодоиения енергетичеоких барьеров, осуществлечия хнмическнх реакций регуаврувмымк путямк решается о помощью ааталиааторов, сущность катааитического действия которых состоит в онииении энергии активации.

При атом усаорение химических превращений достигается бее расхода энергии и бев расходования самих аатаикваторов — вто н обьясняет чреавычайно широкое и постоянно растущее чиоао катааитичесиих процессов в проыншаенностн, асторое исчнокяется в настоящее время нногими сотняа. Снедует отметить, что многае ие ннх удалось практически осуществить тоаьао баагодэря катаккау, например, вааннодейсквие элементарного квота с водородоы с поПучаниеы аммиака.

Огромное аначенне имеет катание в раввктиы процеосов нефтепереработки. Неомотри на то, что впервые иатаииеаторы для переработки нефти быаи применены только в конце 80-х годов нашего стоэетии, в настоящее время катазнтичеокие процессы аанимают ведущее поиааение в нефтепереработке. Зто катааытичеокнй крекинг, рырормкнг, катааитическая ивомериэация, гидрогенокна и др. Бэагодаря кзтаанву удааооь внэчитеиьно повысать ценность продуктов, покучэеьаих ие нефти. Применение аатаяктичвсккх методов а нефте- 14

переработке открыло пути дешевого поаучения мономеров и других

псаупродуктов нефтехимической проыншаенности. Каталитическими

методами получают практически асе мономерн дия проиаводства

вааотсыеров, синтетических воаокон> рааличннх пластичесаих масс

и т.п.

Процеосн попимериэации в боаьшинстае спучаев также являются

каталитическими. Ценной особенностью катааиаатороп полиыериеацки яапяетоя стереоспецифичнооть. Иа раааичннх воаможных структур

ыокимерной цепи, обрааукщейся при последовательном встраивании

мономера, благодаря определенноыу катааиаатору удается реааквовать желаемую структуру, что поэволяет достигать требуемых

свойств поаичера. Другими словами, катепиа поэвопяет регулировать

строение получаемого вещества и, оледовательно, свойотва конечных материалов.

Наибольшее распространение в промышленности попучипи гетерогенно-катакитическне процессы, осуществляемые в гаваной фазе

на твердом каталиеаторе.

Каталнэ - явление специфичное, нет веществ, которые яааяпиоь бы каталиааторами вообце. Ту или иную химическую реакцию

может ускорять только определенный иаталиаатор. Оценка каталиткческих свойств иатаииеаторз в отношении спределйнной реалии характериеуется следующими покааи стяни:

1. Каталитическая активность, определяемая количеством вещества,

реагирующим в единице объема каталиаатора в единицу времени в

ааданннх уоловиях; иногда ее монне оценить как отношение констант окоростей каталитической и некаталитической реакций.

2. Селектианость, характериауемая отношением скорости расходования исходного вещества в цеаеаой продукт к общей скорости превращения походного вещества при определенном составе реакционной смеси и температуре.

3. Устойчивость (термическая; к действию каталитичеоких ядов; в

длительности работы).

4. Механическая прочность.

5. Гидродкнамические характеристика, определяемые размером, фар

мой и плотностью верен катааиаатора.

Зффективность аатакиватора зависит от катааытичесиой активности, сеэеативности и прова сщтжбы, опредеаяемого в свою очередь Х уотойчквостью фаеового состава, тэрмсстойкостью и маханнчезаой

прочностью. 15

Распознанный текст из изображения:

йабораторнвя работа. КАТААИТИЧЕСКОЕ ОКИСАЕНИЕ ДИОКСИДА СЕРЫ

Цель работы: исоледование вавяник параметров технологического (>е. кима на отепень превращения диоксида серн к сиорооть процесса; построение линии оптвмальных температур.

Таблица 2.1

Завкоимость константы равновесия от температуры

Оиаоаенив диоксида серы протекает по реаации

яо, ° 0кО, = Юо, Ю

~Я' 0.6=Я -И

Поскольку гомогенное овисление практически не осуществимо, в проавводотве серной кислоты контавтннм споообом его проводят в праоутствки ваталиватора, нвходящегооя в неподвикном ваи "кипящем" состоянии. Окисление Щна иаталиваторе представляет собой пример хорошо наученного в наотоящве время гетерогенного катааитвческого процесса. В состав пронымленнсго ванадиевого иаталнватора входят пентоксид ванадия (>лОл, вещеотвв, повыиахщие его активность - активаторы, и нооитеаь, совдакщий отруатурнуа оонову каталкватора. Пример>ый оостав каЕКлаватора СЕД (аульфованвдет валяя на дкатоните): У~Оу'ЗКлО '6 Ы/~'ЗЛ(дл, в сухой масса иоторого оодерквтоя до 7>22 (~~ОЛ °

Константа равновесия реакции окисления 10л выракаетоя уравнением

уя,е (2. 1) где /ъ,е> ))л,е > ()ще - равновесные парциаль>кхе давлении ЯОА, Ябл, О» . Значения К в интервале 390-650 оС могут быть иь. чаолвнн по фор>дяе

. авхх 4 ~9-

ВЕ)

где 7 — температура, К'.

В табл. 2.1 приведены вначения К, рзсочкта>кис по уравнению (2.2)

О состоянии равновесия судят по ееаичине равновесной степени превращеная, которая эавксит от температуры, состава гэва и давления. Равновесная степень превращенвя 80г ( Хя,е ) молот быть рассчитана ао формуле

у >ся~ Рде Рл>

Рл к /Сще + Рде

Вмумвлв вв уравнения (2.1) Рще и подставив его в (2.З), получим

л>, .~к>~ = Й, и,а

У+ Кй%7 К +ИРй

Введйм обовначения: ус - общее давление гака; сй - начавьное оодеркание Ма в гавовой омеои; 6 - начальное содерканве ОИ. Уравнение (2.4) примет вид

К

~де—

ах (,,)

Р И-о6ах,,

Равновесную степень превращенин Хф,е по этому уравнению находят методом итераций.

Рвоомотрение термодинамики процесса окаоления диоксида оо- , ИИ повволяет оделать вывод, что дая увеличения равновесной отеййнв превращения лйл необходимо понккение температу(и, квбнтои хпесаорода а увеличение даваемая.

В проивводотвен>ихх условиях оущественное енвчение имеет Вкорооть окноленвя 80л, от которой еавиоят расход каталнеаюф»> раемерн контактного аппарата к другие техниво-экономические Жаавателв. Процесс отренятоя проводить с максимально воемокной )ййоростью. Саорооть окисления Щ на ванедвевом пателиааторе

вове-Иванова (при атмосферном давлении)

4.

иеподвккноы (фальтрующем) олое расочнтывают по уравнению Вол : 17

Распознанный текст из изображения:

)'1

) 1

° р„,озр, ~ ~ ус„~, ~й") (,

-1'

где Ь - константа сиоростк прамой реакции, с . Для катаяиввто-

ра СВД (гранулы 2-3 мм)

Ю = 2~9- И260/Т при Т ( 673 и;

~у)~ = / Бб-12ЩТ при 673 ~ Т 4 803 й;

ф~ = < М при т ) 608 й.

Уравнение (2.6) окорости окисления )4)л можно после ряда првобраво

Ж = а г-цках ~-ог~ ~ к ю)(ю-цщу.,

При увеличении температуры с 400 до 500 С величина зш возрастает более, чем в 30 рээ. Однако при етом уменьшается ко~ станта равновесия, в связи с втнм кривая ээ т (Т) долина иметь экстремум (максимум). На рис. 2.1 предотавлена зависимость сворооти реакции от температуры при различных степенях превращения для газовой смеси определенного состава.

Ив рио. 2.1. видно, что для каждой степени преаращення сиость реакции доотигэет максвдма при определенной температуре, которая называется оптимальной, и она тем выше, чеы меньше степень аантактированкя. Линия АА, проходящая череа максимумы ваввсимоотк скорости от температуры, определяет оптимальный профиль температур в реакторе и извивается лннией оптимальшлх температур (ЛОТ). Лкник ВВ отвечают условию, когда скорость реакции составляет 60 $ от максимальной.

Для осуществления процесса с максимальной скоростью гав з вонтактный аппарат надо подавать при кнопкой температуре и по мерв роота степени превращения температуру в аппарате следует сникать в соответствии ЛОТ. Однако начинать процесс окисления ЯОг пры очень аысоиой температуре невыгодно, повтому на практике обжиговый гзв нагревают до температура 440 С, т.е. несколько атее температуры зажигания и направляют в первый ао ходу газа лой катализатора а аонтавтном аппарате. Здеоь' реакция

Фаты И Фд 40 4 6 Ф

М0 НО ЯО Хбд ~, вС Рис.2.1, Зависимость относительной скорости окислении диоксида серы от темларетуры прк степемлк превращения: 1'- 0,7) 2 — 0,8; 3 - 0,85; 4 - 0,38; 5 - 0,9; 6 - 0,92; 7 - 0,94; 8 - 0,95 протекает очень быстро, выделяется большое количество те«ла, а результате чего тещпература газа повышается. Процесс нед~т едкабатически до температуры примерно 600 оС. Далее вести процесс э адйвбатическом режиме нецелесообразно и температуру поникают, просускзл гвз через выносные или встроенные теплообменнкки. Х-Т-диаграмма пятастадийного контактировання приведена на рис." 2.

Степень превращения является одним нз покаэателей работы контактных сернокислотных систем. Используя метод двойного кснтактирования и двойной абсорбции, можно достичь степени превра' щенил лОЛ 99,86Д, что отвечает требованиям современной промыш, ленной экологии и дает воэможность исключить из технслогкческов

схемы очистку отходящих газов.

18

Распознанный текст из изображения:

4Ю 4Ю 4Э ЛФ М'0 ач т С

l Рис. 2.2. Диаграмма Х-Т пятнстадийного процесса контактированая с промшэуточннм тэплоабменом: 1 - линия оптимальных температур (ИИ ИГга,тт )э 2 - винни, отвечающие условвс Маса 0,Впал,акт ; 3 - равноэеснэя кривая; 4- рабочая лийия процесоа пасанув лабо ато ной становки и метр ики и ве ения экспе иментэ

лабораторная установва ииобраиена на рис. 2.5. Воадух, необходимый для окисления эОл , нагнетается в устаноаау вовдуходуевой 1, осушается в поглотителв 2 серноЯ кислотоЯ, проходит мэностат 3 и овометр 4, Затем воэдух дополнительно осушают в двух пооледовательно соединенных адсорберах 5, наполненных силикагелем и хлсридом кальция. 0 полноте осушки судят по окраске цветного силивагеля, находмйегося в индикаторной трубке 6. Диовоид серн ав баллона 30, пройдя маностат 26 и реометр 25, осушэетсн э эдоорбере 24 хлоридом кальция. Дая контроля подачи

«й ' 20