Теплоемкость влажного пара принимают адаптивной величиной т/емкостей сухого газа и пара.

Генеральный план и транспорт:

• краткая характеристика района и площадки строительства;

• решения и показатели по генеральному плану (с учетом зонирования территории), внутриплощадочному и внешнему транспорту, выбор вида транспорта;

• основные планировочные решения, мероприятия по благоустройству территории;

• решения по расположению инженерных сетей и коммуникаций;

• организация охраны предприятия.

3. Технологические решения:

• данные о производственной программе;

• краткая характеристика и обоснование решений по технологии пр-ва, данные о трудоемкости изготовления продукции, механизации и автоматизации технологических процессов;

• состав и обоснование применяемого оборудования, в том числе импортного;

• решения по применению малоотходных и безотходных технологических процессах и пр-в, повторному использованию тепла и уловленных химреагентов;

• число рабочих мест и их оснащенность;

• характеристика межцеховых и цеховых коммуникаций;

• предложения по организации контроля кач-ва продукции;

• решения по организации ремонтного хозяйства;

• данные о кол-ве и составе вредных выбросов в атмосферу и сбросов в водные источники (по отдельным цехам, пр-вам, сооружениям);

• технические решения по предотвращению (сокращению) выбросов и сбросов вредных в-в в окружающую среду;

• оценка возможности возникновения аварийных ситуаций и решения по их предотвращению;

• вид, состав и объем отходов пр-ва, подлежащих утилизации и захоронению;

• топливно-энергетический и материальный балансы технологических процессов;

• потребность в основных видах ресурсов для технологических служб.

4. Организация и условия труда работников. Управление производством и предприятием.

Данные требования выполняются в соответствии с нормативными документами Минтруда России и включают:

• организационную структуру управления предприятием и отдельными производствами;

• автоматизированную структуру управления предприятиями и отдельными пр-ми;

• автоматизированную систему управления и его информационное, функциональное, организационное и техническое обеспечение;

• автоматизацию и механизацию труда работников управления;

• результаты расчетов численного и профессионально-квалифицированного состава работающих;

• число и оснащенность рабочих мест;

• санитарно-гигиенические условия труда работающих;

• мероприятия по охране труда и ТБ, в то числе решения по снижению пр-ых шумов и вибраций, загазованности помещений, избытка тепла, повышения комфортности условий труда и т.д.

5. Архитектурно-строительные решения:

• сведения об инженерно-геологических, гидрогеологических условиях площадки строительства;

• краткое описание и обоснование архетектурно-строительных решений по основным зданиям и сооружениям;

• обоснование принципиальных решений по снижению пр-ных шумов и вибраций, бытовому, санитарному обслуживанию работающих;

• мероприятия по электро-, взрыво- и пожаробезопасности;

• мероприятия по защите строительных конструкций, сетей и сооружений от коррозии;

• основные чертежи, а именно: планы, разрезы и фасады основных зданий и сооружений; схематическое изображение основных несущих и ограждающих конструкций.

6. Инженерное оборудование, сети и системы:

• решения по водоснабжению, канализации, теплоснабжению, газоснабжению, электроснабжению, отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха;

• инженерное оборудование зданий и сооружений, в том числе: электрооборудование, электроосвещение, связь и сигнализация, радиофикация и телевидение, противопожарные устройства, молниезащита и др.;

• диспетчиризация и автоматизация управления инженерными системами;

• основные чертежи: принципиальные схемы теплоснабжения, электроснабжения, газоснабжения, водоснабжения, канализация и др.; планы и профили инженерных сетей; чертежи основных сооружений; планы и схемы внутри сетевых отопительно-вентиляционных устройств, электроснабжение и электрооборудования, радиофикация и сигнализации, автоматизации управления инженерными системами и др.

7. Организация строительства.

Данный подпункт разрабатывается в соответствии со СНиП «Организация строительного производства» и с учетом условий и требований, изложенных в договоре на выполнение проектных работ и имеющихся данных о рынке строительных услуг.

8. Охрана окружающей среды.

Рапзработка этого подпункта выполняется в соответствии с государственными стандартами, строительными нормами и правилами, утвержденными Минстроем России, нормативными документами Минприроды России и др. номативными актами, регулирующими природоозранную деятельность.

9. Инженерно-технические предприятия гражданской обороны. Мероприятия по предупреждению чрезвычацных ситуаций.

Настоящий подпункт выполняется в соответствии с нормами и правилами гражданской обороны, защиты населения и территории от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

10. Сметная документация.

11. Эффективность инвестиций.

Расширить

Смотри:

Основы проектирования нефтехимического комплекса, Мозговой, Нелин, Красных, Омск, ОмГТУ, 2003

Билет № 19

Вопрос № 2

Расчеты равновесных составов. Законы химического равновесия. Равновесная степень превращения. Приемы смещения равновесия на примерах процессов дегидрирования и конверсии природного газа.

Выход целевого продукта хим. процесса в реакторе опред. Степенью приближения реакционной системы к состоянию устойчивого равновесия. Устойчивое равновесие отвечает следующим условиям:

• Неизменность равновесного состояния системы во времени при постоянстве внешних условий;

• Подвижность, т.е. самопроизвольное восстановление равновесия после снятия внешнего воздействия;

• Динамический характер, т.е. установление и сохранение равновесия вследствие равенства скоростей прямого и обратного процессов;

• Возможность воздействия на состояние равновесия как со стороны прямой, так и обратной реакции;

• Минимальное значение энергии Гиббса ∆ Gв изобарно-изотермических процессах и энергии Гельмгольца в изобарно-изотермических процессах.

Для оценки состояния равновесия в реакторе обычно используют равновесную степень превращения( равновесный выход продукта).

Равновесной степенью превращения Х^*называется степень превращения исходных в-в в продукты реакции, отвечающая состоянию устойчивого равновесия системы.

Равновесная степень превращения хар-ет глубину протекания процесса, степень приближения его результатов к оптимальным в данных условиях. Она функционально связана с константой равновесия, причем хар-ер этой зависимости определяется порядком реакции.

Смещение равновесия в сторону образования целевого продукта м/б достигнуто изменением Т, Р и концентрации реагентов и продуктов реакции.

Влияние температуры. Из ур-ия изобары Вант-Гоффа следует: т.к. К=f(Т), то и равновесная степень превращения Х^*зависит от температуры. Фактором, опред. Направление смещения равновесия, явл.знак теплового эффекта реакции.

Влияние давления.Изменение Р существенно влияет на состояние равновесия в газообразных системах. Здесь возможны три случая:

• Объем газообразной системы уменьшается (∆V>0), например, в реакцииCO+2H₂=CH₃OH. В этом случае повышение Р смещает равновесие в сторону образования продуктов реакции;

• Объем газообразной системы увеличивается (∆V<0), например, в реакцииCH₄=C+2H_2.Вэтом случае смещение равновесия в сторону образования продуктов реакции достигается понижением давления;

• Объем газообразной системы не изменяется, например, в реакции CO+H₂O=CO₂+H₂. В этом случае изменение Р не влияет на равновесную степень превращения, а воздействует только на скорость реакции.

Влияние концентрации. Изменение концентрации (парциального давления) реагирующих в-в и продуктов реакции существенно влияет на состояние равновесия системы. При этом повышение концентрации исходных в-в смещает равновесие в сторону образования продуктов реакции и повышает равновесную степень превращения. Аналогично влияет уменьшение концентрации продуктов реакции, т.е. вывод их из равновесной системы. Так, например, для реакцииCO+H₂O=CO₂+H_{2 равновесная} степень превращения и, следовательно, равновесное парциальное давление водорода возрастают с увеличением парциального давления паров воды и понижением парциального давления оксида углерода (IV).

Смотри:

Химическая технология, Соколов Р.С., Том 1, Москва, 2000, стр. 99-103

Общая химическая технология, Кутепов А.М., Москва, Высшая школа, 1985, стр.28-35

Билет № 19

Вопрос № 3

Антикоррозионная защита оборудования. Материалы. Антикоррозионные покрытия. Футеровка как средство тепловой и антикоррозионной защиты оборудования.

Один из основных методов борьбы с коррозией хим. оборудования- нанесение на его поверхность, подвергающуюся воздействию агрессивной среды, защитного покрытия из хим. стойкого в этой среде материала.

Разнообразие хим. сред, воздействующих на металл, условий работы хим. оборудования (Р, Т и пр.),конфигурации защищаемой поверхности сильно осложняет решение вопроса о выборе вида защитного покрытия, обеспечивающего надежную и длительную работу оборудования.

Для обеспечения надежной и длительной работы оборудования с защитным покрытием необходимо соблюдать следующие условия.

1. Правильный выбор материала защитного покрытия, обладающего необходимой стойкостью в заданной среде при рабочих условиях (Т, Р, наличие абразивности).

2. Обеспечение механической прочности покрытия.

3. Строгое выполнение технических условий при нанесении защитного покрытия.

В связи с различием конструкций хим. апп., их технологического назначения, агрессивных сред (их концентраций и температур), а также в связи с разнообразием материалов и технологии нанесения защитного покрытия существуют разнообразные защитные покрытия и футеровки.

Выбор вида покрытия опред. рядом причин и в первую очередь условиями работы хим. апп. (агрессивной средой, ее температурой, концентрацией и возможностью абразивного воздействия); видом материала стойкого в заданных условиях, и технологией образования из него защитного покрытия.

Пленочные защитные покрытия наиболее часто применяют при защите поверхностей, подвергающихся воздействию агрессивной парогазовой среды (газоприемники, крышки апп., вентиляционные установки). (эмаль, стойкая краска).

Достоинства- простота технологии образования, возможность нанесения на защищаемую поверхность сложной конфигурации, сохранение полезного объема апп. и его веса.

Недостатки- малая механическая прочность покрытия, вследствии чего его нельзя применять при наличии абразивного воздействия среды, а также низкая температура среды.

Усиленное защитное покрытие чаще всего прменяют при защите поверхностей крупных газоприемников, крышек хим. апп., мешалок и арматуры, работающих в агрессивных средах.

Достоинства- возможность нанесения его на защищаемую поверхность сравнительно сложной конфигурации, малое изменение веса защищаемой поверхности, достаточную механическую прочность покрытия, сравнительно несложную технологию его образования.

Листовое покрытие.

Достоинства- возможность применения готового листового материала, выпускаемого пром-тью в достаточном ассортименте, с различными физико- механическими свойствами и разной хим. стойкостью; сравнительно несложная технология пр-ва работ по наклейке листов на защищаемую поверхность.

Недостатки- защищаемая поверхность должна иметь несложную форму. Ряд клеев не обладает достаточной хим. стойкостью, поэтому необходимо сваривать стыковые швы покрытия. Это усложняет технологию образования покрытия.

Футеровка защищаемой поверхности штучными кислотоупорными изделиями.

Для образования этого вида покрытия на защищаемую поверхность укладывают штучные кислотоупорные изделия на специальных вяжущих материалах (хим. стойких замазках) с последующей сушкой уложенной футеровки.

Толщина футеровочного слоя зависит от размеров штучных изделий и кол-ва слоев.

Однослойную футеровку применяют для защиты поверхностей хим. апп. с парогазовой средой (без конденсации), газоходов, а также полов и фундаментов в хим. цехах.

Многослойную и комбинированную футеровки используют для защиты поверхностей хим. апп., работающей в наиболее тяжелых условиях по степени воздействия среды, температуре, механическому и абразивному воздействию среды.

Достоинства:

• Высокая механическая прочность;

• Высокий предел рабочей температуры среды (порядка 300-400°C);

• Низкая стоимость футеровки при использовании для покрытий штучных изделий, выпускаемых пром-тью в массовом количестве.

Недостатки.

• Значительно увеличивается вес апп. после нанесения футеровки, а также уменьшается полезный объем.

• Большинство штучных материалов (керамика, форфор, природные камни, графит) обладают пористостью, поэтому при защите от высокоагрессивных сред необходимо вводить в покрытие непроницаемый подслой из орг. материала (полиизобутилен, резина и др.).

Источник неизвестен

Билет № 20

Вопрос № 2

Технологические показатели химических реакций: конверсия, выход селективность, производительность. Зависимость селективности от степени превращения для последовательных и параллельных реакций. Время контакта, объемная скорость и их взаимосвязь с количеством катализатора, длиной слоя.

Об эффективности осуществления любого пром-го процесса судят прежде всего по экономическим показателям, таким, как приведенные затраты, себестоимость продукции и т.д.

Для оценки эффективности отдельных этапов процесса необходимо помимо общих экономических показателей использовать такие критерии эффективности, которые более полно отражали бы хим. и физико-хим. сущность явлений, происходящих в отдельных апп. технологической схемы.

В кач-ве таких показателей принято прежде всего использовать степень превращения исходного реагента, выход продукта, селективность. Они с разных сторон характеризуют полноту использования возможностей осуществления конкретной хим. р-ции.

Степень превращения (конверсия) показывает на сколько полно в хим.- технологическом процессе используется исходное сырье.

Степень превращения- это отношение массы сырья, вступившего в р-ию за времяtк исходной его массе:

x_a = m_c-m_a/m_c

m_a-кол-во сырья, не вступившего в р-ию;

m_c- кол-во сырья, поданного в р-ию.

Выход продукта. Степень превращения характеризует эффективность проведения процесса с точки зрения использования исходного сырья, но эта величина не всегда достаточно полно ее характеризует с точки зрения получения продукта р-ии. Поэтому вводят еще один критерий эффективности- выход продукта.

Выход продукта- это отношение реально полученного кол-ва продукта из использованного сырья к максимальному кол-ву, которое теоретически можно получить из того же сырья:

Ф_R = n_R / n_R,_max

Селективность. Выход продукта характеризует полученный результат как долю от предельно возможного. Целесообразно оценить и реальную ситуацию, т.е. дать кол-ую оценку эффективности целевой реакции по сравнению с побочными взаимодействиями.

Критерием такой оценки явл. селективность.

Селективность-это отношение массы целевого продукта к общей массе в-в, полученных в данном процессе или к массе превращенного сырья за время t.

S=Gц/Gпр

Выход продукта, степень превращения и селективность характеризуют глубину протекания хим. – технологического процесса, его полноту и направленность.

Производительность и интенсивность. Важным критерием эффективности работы отдельных апп., цехов или заводов в целом явл. производительность.

Производительность-это кол-во продукта полученного в единицу времени:

П = G/t

Для сравнения работы апп. различного устройства и размеров, в которых протекают одни и теже процессы, используют понятие интенсивность.

Интенсивностью – называют производительность, отнесенная к объему апп.Vили к площади его сеченияS.

И = П/Vили И = П/S

Смотри:

Общая химическая технология, Кутепов А.М., Москва, 1975, стр. 18-27

Химическая технология, Соколов Р.С., Том 1, Москва, 2000, стр. 135-137

Билет № 20

Вопрос № 3

Объемные компрессоры. Принцип действия. Классификация. Основные параметры.

КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПРЕССОРОВ*

Разнообразие технологических целей, рабочих условий, принципов действия и конструкций компрессоров затрудняет создание единой и достаточно строгой их классификации. Представленные ниже градации — условны, они не имеют строгого научного обоснования, скорее носят традиционный характер.

Приведем принятую в настоящее время классификацию компрессоров по некоторым срезам.

По характеру изменения давления в технологических аппаратах выделяют собственно компрессоры (создание повышенного давления в аппарате) и вакуум-насосы (создание разрежения в нем). Заметим: термин "вакуум-насос" сохранился чисто исторически, речь идет не о насосах (так в науке ПАХТ именуют уст­ройства для перемещения жидкостей), а о компрессорах опре­деленного назначения.

По величине развиваемого напора (давления) различают венти­ляторы, создающие избыточное давление до 0,015 МПа, газодув-ки — до 0,2 МПа и компрессоры — свыше 0,2 МПа. Внутри пе­речисленных типов компрессоров нередко проводят более дроб­ную классификацию.

По производительности различают малые компрессоры — объемной производительностью до 0,015 м³/с, средние — от 0,015 до 1,5 м³/с и крупные — более 1,5 м³/с (практически — до десятков кубометров в секунду).

В плане изучения и описания сжатия газов в компрессорах наиболее важна классификация по принципу действия. Здесь существуют различные подходы. Согласно наиболее простому из них (и, вероятно, весьма удобному в плане рассмотрения в курсе ПАХТ), все компрессоры подразделяют на три группы: поршневые, центробежные и остальные (обычно их именуют специальными).

Более обоснованной в рассматриваемом аспекте представ­ляется следующая классификация:

— компрессоры объемного действия, принцип работы кото­рых основан на сжатии газов в результате уменьшения объема замкнутого рабочего пространства с постоянной массой газа в нем. К таким компрессорам относятся поршневые — с возврат­но-поступательным движением поршня, ротационные (в том числе водокольцевые) — с вращательным перемещением изме­няющегося рабочего объема (см. ниже) и целый ряд иных раз­новидностей;

— динамические компрессоры, для которых характерно по­вышение кинетической энергии газового потока и преобразова­ние затем значительной ее доли в потенциальную (энергию дав­ления). К числу таких компрессоров относятся центробежные, или турбокомпрессоры, в которых давление создается под дей­ствием центробежных сил на газовый поток; осевые компресси­онные машины, основанные на сообщении газовому потоку кинетической энергии (в осевом направлении); струйные (инжекторы), базирующиеся на обмене количеством движения между газовыми потоками, и некоторые другие.

Кроме того, существует ряд компримирующих устройств, ис­пользующих иные физические явления.

Конструкции и принцип работы некоторых компрессоров описаны в последующих разделах — по ходу изучения отдель­ных типов компрессионных машин.

Ниже наиболее детально рассмотрены особенности и техно­логический расчет поршневых компрессоров, отчасти — турбо­компрессоров. Для некоторых других устройств показаны прин­ципы и условия их работы, отмечены особенности; в отдельных случаях продемонстрированы пути расчета основных (прежде всего — энергетических) характеристик. Более подробные све­дения об устройстве, работе и расчете различных типов компрессоров можно найти в специальной литературе* .

О ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ОСНОВАХ РАБОТЫ КОМПРЕССОРОВ

Напомним с некоторыми комментариями ряд известных тер­модинамических соотношений, необходимых для последующего анализа. Обозначим: р — давление; v — удельный объем; Т — абсолютная температура; К = Ку/М — индивидуальная газовая постоянная сжимаемого газа (М — его молярная масса, ) диаграмме р — \ (менее наглядно — на Л — .у) видно, что реаль­ная политропная работа (линия 1—2") больше адиабатной и тем более — изотермической. Поэтому КПД компрессора, опреде­ляемый как отношение идеализированной работы к реальной, выражается величиной, меньшей 1. Обычно в зависимости от типа компрессора и условий его работы (в первую очередь — от степени сжатия) г\,« 0,6 Ч- 0,8; _л, * 0,85 -=- 0,97. Реальные затра­ты энергии получаются делением найденной работы идеального процесса на соответствующий КПД. Конкретные расчетные выражения, относящиеся к определению затрат энергии с ис­пользованием, приводятся при рассмотрении поршневых и центробежных компрессионных машин.

ПОРШНЕВЫЕ КОМПРЕССОРЫ

Поршневые компрессоры (ПК) являются типичными и наи­более распространенными представителями объемных компрес­сионных машин. У ПК четко выражены все стадии рабочего цикла и наиболее наглядно прочерчиваются основные законо­мерности функционирования объемных компрессоров вообще.

Устройство и работа поршневых компрессоров

По своему устройству и принципу действия ПК во многом напоминают поршневые насосы. *. Работа ПК сопровождается значительным повышением тем­пературы газа (эффекты сжатия; трения), что неблагоприятно сказывается на затратах энергии, поскольку возрастают объем ые расходы сжимаемого газа. Чтобы понизить тем­пературу сжимаемого газа (уменьшить его объемный расход), используют ох­лаждение стенок цилиндра

с помощью установки на его боковых поверхностях (иногда и на торцевых) теплообменных рубашек (поз. 11 на рис. 4.3), в кото­рые подается охлаждающий агент, как правило — вода. ПК, как и поршневые насосы, подают рабочее тело неравно­мерно — пульсирующим темпом. Однако в отличие от жид­кости газ сжимаем, поэтому пульсации давления сглаживаются по мере движения газа по газопроводу к потребителю. При ко­ротком газопроводе для сглаживания пульсаций по пути от ПК к потребителю устанавливают ресивер — тупиковый или про­ходной (рис.4.4) — емкость достаточно большого объема. При достаточно длинном газопроводе амплитуда пульсаций постепен­но снижается по мере удаления от компрессора, и потребитель практически не ощущает пульсаций. Для ПК двойного действия неравномерность подачи, естественно, выражена в меньшей степени, нежели для ПК простого действия. В этом одно из достоинств ПК двойного действия. Но ПК большей кратности действия не применяют — видимо, из-за их громоздкости, сложности и дороговизны, а также меньшей (чем для поршне­вых насосов) остроты самой проблемы неравномерности подачи.

Компрессорные установки

Объемный компрессор

Сжатый воздух получается с помощью различного типа компрессоров. Компрессоры низкого давления называют вентиляторами и применяют для перемещения и подачи воздуха в калориферы сушильных установок, воздухоподогреватели, топки, а также для преодоления сопротивления движению газов, чтобы обеспечить тягодутьевой режим в различных установках.

По принципу устройства и работы компрессоры делятся на две группы – объемные и лопаточные. Объемные компрессоры подразделяются на поршневые и ротационные, а лопаточные – на центробежные и осевые (аксиальные). Несмотря на конструктивные различия термодинамические принципы их работы аналогичны между собой.

Объемный компрессор – это компрессор статического сжатия, которое происходит в нем вследствие уменьшения объема, где заключен газ.

Одноступенчатый поршневой компрессор. На рис.17.1,а показана принципиальная схема одноступенчатого поршневого компрессора. Коленчатый вал компрессора приводится во вращение от электродвигателя или от поршневого двигателя внутреннего сгорания. При движении поршня от ВМТ к НМТ в цилиндр с охлаждаемой рубашкой через автоматически открывающийся клапан А из окружающей среды всасывается газ. Нагнетательный клапан В закрыт под действием давления газов в резервуаре, которое больше атмосферного. При обратном движении поршня от НМТ к ВМТ газ начинает сжиматься, давление его увеличивается, и всасывающий клапан закрывается. Процесс сжатия продолжается до тех пор, пока давление в цилиндре не станет равным (практически несколько больше) давлению в резервуаре. Тогда клапан В открывается, и начинается процесс нагнетания сжатого газа в резервуар до тех пор, пока поршень не придет в ВМТ.

Рассмотрим рабочий процесс в рV - координатах для идеального одноступенчатого компрессора (идеального в том смысле, что в нем не учитываются потери на трение, а утечки газа и объем вредного пространства (объем между крышкой цилиндра и днищем поршня при его положении его в ВМТ) принимаются равными нулю, т. е. на рис.17.1,б положение ВМТ будет совпадать с осью ординат). Обозначим: Vh - рабочий (полезный) объем цилиндра; P1 — давление окружающей среды; P2 - давление газа в резервуаре; процессы: D - 1 - всасывание; 1-2 - сжатие; 2-C - нагнетание.

С началом нового хода поршня снова открывается всасывающий клапан, давление в цилиндре падает от Р2 до Р1 теоретически мгновенно, т. е. по вертикали С-D, и рабочий процесс повторяется, завершаясь, таким образом, за два последовательных хода поршня. Следовательно, компрессор представляет собой двухтактную машину. Площадь теоретической индикаторной диаграммы D-1-2-C, которая графически изображает круговой процесс, измеряет работу, расходуемую компрессором за один оборот его вала. Нужно иметь в виду условность названия кругового процесса (цикла) компрессора, так как всасывание и нагнетание не являются термодинамическими процессами, поскольку они происходят при переменном количестве газа. В этом состоит отличие индикаторной диаграммы от pх-диаграммы, которая строится для постоянного количества рабочего тела. В индикаторной диаграмме D-1-2-C сжатие газа 1-2 - термодинамический процесс, ибо в нем участвует постоянное количество газа. Очевидно, что при одном и том же конечном давлении P2 конечный объем х2будет различен в зависимости от характера кривой процесса сжатия 1-2, а значит, будет различна и работа, затрачиваемая на привод компрессора.

Как следует из рис. 17.1б, наиболее выгодным процессом сжатия по затрате работ извне для привода компрессора является изотермический процесс 1-2'. В этом случае соблюдаются также идеальные условия для сохранения качества смазочных масел (вязкость, температура вспышки и др.). Однако изотермическое сжатие газа в компрессоре практически неосуществимо, и кривая сжатия обычно располагается между изотермой и адиабатой и может быть принята за политропу с показателем n = 1,2—1,25. Чем интенсивнее будет охлаждение газа при сжатии (чаще всего водой, проходящей через рубашку компрессора), тем больше будет политропа сжатия 1-2 отклоняться от адиабаты 1-2" в сторону изотермы 1-2'. С уменьшением теплообмена показатель n увеличивается. Очевидно также, что с увеличением n при одном и том же отношении P2/P1 конечная температура сжатого газа Т2 будет возрастать по закону:Tn1P1-n1 = Tn2P1-n2

или T2 = T1(P2/P1)(n-1)/n . (17.1)

Например, при P1 = 0,1 МПа, t1 = 16°С и конечной температуре t2 = 160°С при адиабатном сжатии давление воздуха можно увеличить в 4 раза, а при политропном (n = 1,2) в 10 раз. То есть конечная температура сжатия Т2 зависит от характера процесса сжатия. Наиболее невыгодным процессом является адиабатное сжатие.

Абсолютное значение работы, затрачиваемой на сжатие 1 кг газа в одноступенчатом идеальном компрессоре (А0) может быть подсчитано так:

А0 = Асж + Анагн - Авсас = ò Рdv + Р2 v2 - Р1 v1 . (17.2)

По смыслу работы А0, Асж, Анагн являются отрицательными, а работа процесса всасывания Авсас - положительной, так как на ее совершение энергия не затрачивается (трение отсутствует), и сопротивление воздуха, находящегося справа под поршнем при ходе всасывания, не учитывается, ибо не принимается также во внимание положительная работа этого воздуха при сжатии и нагнетании.

В зависимости от характера процесса сжатия ò Рdv имеет значения:

для изотермического процесса:

Ат = Р1 v1ln(Р1/Р2);

для адиабатного процесса:

Аад = 1/(b – 1)(P1 v1 – Р2 v2);

для политропного процесса:

Апол = 1/(n – 1)(Р1 v1 – Р2 v2).

Чтобы не иметь дело с отрицательными величинами при подсчете работы сжатия, их умножают на -1. Это дает:

Ат = Р1 v1ln(Р2/Р1); Аад = 1/(b – 1)(P2 v2 – Р1 v1);

Апол = 1/(n – 1)(Р2 v2 – Р1v1).

Тогда теоретическая работа компрессора затрачиваемая на сжатие 1 кг газа, при изотермическом процессе сжатия выразится равенством:

Ат0 = Р1 v1ln(Р2/Р1); (17.3)

при адиабатическом процессе сжатия:

Аад0 = b/(b – 1)P1 v1[(Р2/Р1) (b - 1)/b – 1]; (17.4)

при политропном процессе сжатия:

Апол0 = n/(n – 1)Р1 v1[(Р2/Р1) (n - 1)/n – 1]; (17.5)

При уменьшении производительности компрессора с увеличением давления сжатого воздуха и ухудшении при этом условий смазки из-за повышения температуры Т2 одноступенчатый компрессор становится непригодным для получения сжатого газа высокого давления. Обычно одноступенчатые компрессоры применяют для получения сжатого газа давлением не выше 0,8—1 МПа. При необходимости иметь сжатый газ более высокого давления используют многоступенчатые компрессоры.

Многоступенчатый поршневой компрессор. В многоступенчатых компрессорах сжатие газов осуществляется последовательно в нескольких цилиндрах (до семи) с промежуточным охлаждением после каждого цилиндра в специальных холодильниках. При таком принципе работы сжатие газа в каждом цилиндре возможно при допустимом температурном режиме, обеспечивающем благоприятные условия смазки. В промежуточных холодильниках после каждого цилиндра газ охлаждают при постоянном давлении, равном давлению конечного сжатия в соответствующей ступени.

Рассмотрим в качестве примера работу трехступенчатого поршневого компрессора, схема которого приведена на рис.17.2, а рабочий процесс в pх- и тs- координатах (для идеального компрессора) — на рис.17.3.

Газ всасывается в цилиндр низкого давления (процесс D-1 на рис.17.3), сжимается по политропе 1-2 до давления P2 и нагнетается в промежуточный холодильник x1, где при постоянном давлении P2 охлаждается вследствие отдачи теплоты воде, омывающей змеевик. Из промежуточного холодильника сжатый газ при том же давлении P2 всасывается во вторую ступень. Конечный объем всасывания V3 < V2; так как P2 = Const, а T3 < T2. Во второй ступени газ сжимается по политропе до давления P4 (процесс 3-4), нагнетается при этом давлении во второй промежуточный холодильник х2 и оттуда поступает в третью ступень, где и сжимается до конечного заданного давления P6 (процесс 5-6) и нагнетается в резервуар.

Работу многоступенчатого компрессора стремятся организовать так, чтобы обеспечивались следующие три условия:

1) полное охлаждение газа во всех холодильниках, т.е. температуру газа доводят до начальной температуры Т1, которую он имел при входе в первую ступень (Т1 = Т3 = Т5);

2) одинаковая конечная температура сжатия газа во всех ступенях, обеспечивающая во всех цилиндрах надежные условия смазки (Т2 = Т4 = Т6);

3) одинаковые показатели политроп сжатия во всех цилиндрах, т.е.

nI = nII = nIII = n.

При выполнении этих условий перепады давлений (отношение конечного давления к начальному) во всех ступенях одинаковы, т.е. Р2/Р1 = Р4 /Р3 = Р6/Р5.

Для определения общей работы, затрачиваемой на привод многоступенчатого компрессора, необходимо просуммировать работы, затрачиваемые на сжатие газа по отдельным ступеням. Нетрудно показать, что при выполнении трех указанных условий АI0, АII0, АIII0 будут одинаковы.

В соответствии с формулой (17.5) имеем:

АI0 = n/(n – 1)Р1 v1[(Р2/Р1) (n - 1)/n – 1] =

= n/(n – 1)RT1[(Р2/Р1) (n - 1)/n – 1]; (17.6)

АII0 = n/(n – 1)Р3 v3[(Р4/Р3) (n - 1)/n – 1] =

= n/(n – 1)RT3[(Р4/Р3) (n - 1)/n – 1]; (17.7)

АIII0 = n/(n – 1)Р5v5[(Р6/Р5) (n - 1)/n – 1]=

= n/(n – 1)RT5[(Р6/Р5) (n - 1)/n – 1]; (17.8)

Так как правые части уравнений равны, то АI0 = АII0 = АIII0. Тогда теоретическая работа m ступенчатого компрессора, затрачиваемая на сжатие 1 кг газа, будет определяться произведением m•А0.

Теоретическая мощность N0 (Вт), затрачиваемая на привод компрессора, может быть определена по равенству:

N0 = M·m•А0 , (17.9)

где: M – производительность компрессора, кг/с; А0 – теоретическая работа на сжатие 1 кг газа в одной ступени, Дж/кг; m – число ступеней компрессора.

Для определения действительной (эффективной) мощности Nе, необходимой для привода компрессора, нужно знать потери работы на преодоление сопротивлений клапанов и трубопроводов и на трение в соприкасающихся частях компрессора, которые учитываются механическим КПД:

Nе = N0 / зм = M·m•А0 / зм . (17.10)

Для поршневого компрессора зм = 0,8—0,9.

Лопаточный компрессор

В отличие от объемного лопаточный компрессор - это компрессор динамического сжатия. Они бывают двух видов: центробежные и осевые (аксиальные).

Центробежный многоступенчатый компрессор (нагнетатель) рассчитан на подачу газов давлением до 0,8 - 1 МПа. Принцип его работы (рис. 17.4) следующий. Рабочее колесо 1 с радиально направленными каналами укреплено на валу 2 и вращается с помощью двигателя в корпусе 3. Воздух или газ, поступающий в каналы рабочего колеса, отбрасывается центробежной силой к периферии и попадает в лопаточный аппарат 4, лопатки которого образуют расширяющиеся каналы. В этих каналах вследствие уменьшения скорости воздуха (газа) повышается его давление. Далее сжатый воздух через напорный патрубок 5 поступает в нагнетательный трубопровод. По описанному принципу работают и центробежные вентиляторы, приводимые электродвигателями и создающие избыточное давление до 12 кПа.

Обычно в центробежных нагнетателях выходное сечение подбирается так, чтобы скорости газа на входе w1 и на выходе w2 были одинаковы. В этом случае теоретическая работа, затрачиваемая на сжатие 1 кг газа в идеальном центробежном компрессоре, т.е. в таком, где отсутствует теплообмен с окружающей средой (потери теплоты через стенки равны нулю), может быть определена по уравнению (17.4).

На практике необходимо затрачивать большую работу, чем при адиабатном сжатии. Температура газов на выходе из нагнетателя будет всегда больше, чем в адиабатном процессе, за счет перехода работы трения в теплоту, повышающую конечную температуру воздуха.

Показатель политропы сжатия n = 1,5—1,55 в этом случае больше показателя адиабаты. Для центробежных нагнетателей hадк = 0,7—0,8.

Осевой компрессор (рис.17.5,а) рассчитан на подачу сжатого газа давлением до 0,4—0,5 МПа. КПД его выше, чем у центробежного нагнетателя, и может достигать 85—90%. В то же время осевые компрессоры обладают большой производительностью, малыми радиальными размерами и массой. Эти преимущества осевых компрессоров обусловили их широкое применение в газотурбинных установках, и, в частности, в воздушно-реактивных двигателях.

Осевой компрессор состоит из корпуса 1, внутри которого вращается ротор 2. На нем укреплено несколько рядов рабочих лопаток 3. Перед первым рядом рабочих лопаток на корпусе укреплены неподвижные лопатки направляющего аппарата 4, а после каждого ряда рабочих лопаток - неподвижные лопатки спрямляющего аппарата 5.

Каждый ряд рабочих лопаток в совокупности со следующим за ним спрямляющим аппаратом составляет одну ступень повышения давления. Число ступеней может доходить до 15—20. Профиль рабочих и спрямляющих лопаток выбирают так, что при прохождении через межлопаточные каналы рабочих лопаток воздух получает от ротора механическую энергию и скорость его возрастает, а при прохождении через спрямляющий аппарат скорость воздуха уменьшается, вследствие чего возрастает его давление. Это иллюстрируется треугольниками скоростей на рис. 17.5,б.

Поскольку воздух (газ) в таких компрессорах проходит вдоль их оси, то они и получили название осевых или аксиальных компрессоров.

Недостатком осевых компрессоров является сложность их конструкций, обусловленная необходимостью тщательного выполнения профилей лопаток рабочих колес и направляющих аппаратов.

Смотри:

Общий курс процессов и аппаратов химической технологии, том 1, Айнштейн В.Г, Москва, 2003, стр. 324-325,330-332,337-339,356-359

Процессы и аппараты химической технологии, Дытнерский Ю.И. том 1, Москва, Химия, 2002, стр. 197-204

Машины предназначенные для перемещения и сжатия газов, называются компрессорными машинами.

Касаткин, ОПиАХТ, стр 158-159,164-169,174-178,

Билет № 21

Вопрос № 2

Теплота реакции. Адиабатический разогрев. Х-Т диаграмма и ее использование для анализа процесса. Пример производства серной кислоты

Теплота реакции– это количество энергии, которое выделяется или поглощается системой во время реакции. Реакции протекающие с выделением энергии называютсяэкзотермическими,а с поглощением энергии эндотермическими.

Адиабатические реакторы– при спокойном (без перемешивания) течении потока реагентов не имеют теплообмена с окружающей средой, хорошая теплоизоляция. Все тепло экзотермической реакции собирается (накапливается) потоком реагирующих веществ, то есть затрачивается на изменение температуры в реакторе.

Теплоту реакции используют для выработки пара путем помещения в зону реакции теплообменных элементов, которые подают воду, а получают пар.

Показатели эффективности химического процесса: 1) средняя скорость реакции 2) выход целевого продукта 3) степень превращения (конверсия)

Х-Т диаграмма: Для обратимых экзотермических процессов с повышением температуры снижается равновесный выход продуктов. Так как несмотря на повышение скорости прямой реакции, выход ограничивается равновесием, а при дальнейшем повышении температуры равновесие сдвигается влево (интенсивно идет обратная реакция ). То есть необходимо подбирать для каждого конкретного случая оптимальную температуру. Так как одним из основных показателей процесса является выход продукта.

Билет № 21

Вопрос № 3

Синтез высокомолекулярных соединений методом полимеризации. Элементарные реакции процесса полимеризации.

Полимеры – соединения с многократно повторяющимися группами атомов (звеньев) и молекулярной массой более 5000.

Олигомеры ­– ВМС с низкой молекулярной массой (500-5000)

Мономеры – НМС, которые могут взаимодействовать не менее чем с двумя др. мономерами, содержащими двойные, тройные связи или функциональные группы (-СН₂ОН, -СООН, -NН₂и др.) число функциональных групп в мономере не менее двух.

При взаимодействии бифункциональных мономеров образуются полимеры с линейной структурой. При большей функциональности мономера образуются полимеры с разветвленной и пространственной структурой.

Полимеризация – реакция образования полимеров в результате разрыва кратных связей или раскрытия циклов, т.е. идет присоединение мономеров друг к другу. В процессе реакции не образуется побочных низкомолекулярных продуктов.

Виды реакций полимеризации: гомополимеризация (полимеризуются однородные мономеры), сополимеризация (полимеризуется смесь различных мономеров).

Поликонденсация – полимеры образуются при взаимодействии функциональных групп мономеров. При реакции выделяются побочные низкомолекулярные продукты.

Полимеры являются основной частью пластических масс, связывающей в единое целое другие компоненты и предающей материалу определенные свойства.

Полимеризация может иметь цепной или ступенчатый механизм, поликонденсация – ступенчатый.

Стадии цепной полимеризации: 1) активация (возбуждение) молекул мономера (идет очень медленно ) 2) рост цепи 3) обрыв цепи.

ЦП может быть ионной (катионной, анионной) или радикальной (радикал причина активации мономера)

Радикальный механизм:Активаторы- Т, свет, радиационное излучение, инициаторы (пероксид, азо и диазосоединения)

1. активация: R· +CH₂=CHR→R-CH₂ –ЖHR

2. рост цепи: R-CH₂–ЖHR+CH₂-CHR→R-CH₂-CHR-CH₂ –ЖHRи т.д.

3. обрыв цепи:

• рекомбинация:

R-(-CH₂-CHR-)n-CH₂ -ЖHR+АCH-CH₂-(- CH₂- CHR-)n-R→ R-(- CH₂- CHR-)n - CH₂- CHR- CHR- CH₂ -(- CH₂- CHR-)n-R

• диспропорционирование:

R- (-CHR-CH₂-)n- CHR-ЖH₂+ ЖH₂- CHR -(- CH₂- CHR-)n-R → R-(-CHR-CH₂-)n-CR= CH₂₊ CH₃- CHR -(- CH₂- CHR-)n-R

• перенос цепи:

R- (-CHR-CH₂-)n-CHR- ЖH₂₊ CHR= CH₂ →R-(- CHR-- CH₂-)n- CHR- CH₃+ CHR= ЖH

4. рост цепиHR + CH2 = CHR- R-CH2 – CHR – CH2 – CHR и т.д.

5. обрыв цепи:

• рекомбинация

R-(CH2–CHR-)n–CH-CHR+RCH–CH2–(-CH2–CHR-)n–R–R–(-CH2-CHR-)n–CH2–CHR–CHR–CH2–(-CH2-CHR-)n-R

• диспропорционирование

R-(-CHR-CH)n-CHR-CH+CH2-CHR-(-CY2-CHR-)n-R R-(-CHR-CH2-)n-CR=CH2+CHT3-CHR-(-CH2-CHR-)n-R

• перенос цепи

R-(-CHR-CH2-)n-CHR-CH2+CHR=CH2-R-(-CHR-CH2-)n-CHR-CH3+CHR=CY

Ионный механизм:Катализаторы катионной полимеризации –Н₂SO₄, BF₃AlCl₃SnCl₄TiCl₄; анионной – основания, щелочные ме, металлорганический соединения.HA (сокатализатор)

Катионная полимеризация: НА+TiCL₄→[ATiCL₄]^-H⁺

1. рост цепи:

CH₂=CH- CH₃ → CH₃- CH → CH₃- CH-( CH_2- CH)n-1- CH₂- CH

CH₃ CH₃ CH₃ CH₃

2. обрыв цепи:

CH₃- CH-( CH_2- CH)n-1- CH₂- CH+[ ATiCL₄]^- → CH₃- CH -( CH_2- CH)n-1- CH=CH+[ATiCL₄]^-H⁺

CH₃ CH₃ CH₃ CH₃ CH₃ CH₃

Cтупенчатый механизм полимеризации:два мономера соединяются в димер, который присоединяя еще одну молекулу, образует тример и тд. Отличие от цепного механизма то, что образовавшиеся промежуточные продукты (димеры, триммеры и др) устойчевы и их можно выделить из сферы реакции.

CH₂= CHR+CH₂=CHR→CH₃-CHR-CH=CHR

CH₃-CHR-CH=CHR+CH₂=CHR→CH₃-CHR-CH₂-CHR-CH=CHR и т.д.

Влияние различных факторов на процесс полимеризации:

ТемператураУвеличение температуры на 10⁰С увеличивает скорость реакции в 2-3 раза. С повышением температуры ускоряются все стадии процесса. То есть возрастает подвижность всех частиц системы, что увеличивает вероятность их столкновения. Следовательно скорость обрыва V_обр.возрастает больше, чем скорость роста цепи V_р. Так как степень полимеризации V_р/ V_обр, то это приводит к снижению степени полимеризации и молекулярной массы полимеров.

ДавлениеПовышение давления, особенно в газообразных мономерах, приводит к сближению молекул, что ускоряет процесс и увеличивает степень полимеризации.

Концентрация инициаторов Увеличение концентрации ускоряет процесс полимеризации, так как образуется больше свободных радикалов. Но увеличение числа активных центров уменьшает степень полимеризации и молекулярную массу, так как возрастает скорость обрыва.

Концентрация мономера Повышение концентрации вызывает ускорение процесса и увеличение молекулярной массы.

Регуляторы (не изменяют скорость процесса полимеризации) Эти вещества регулируют скорость обрыва цепи при ее передаче. Регуляторы – четыреххлористый углерод, дихлорэтан и др. При реакции передачи цепи вместо одной большой макромолекулы образуются две меньшие, что приводит к уменьшению средней молекулярной массы полимера. Изменяя количество регулятора (2-6%), получают полимеры нужной молекулярной массы.

Смотри:

Общая химическая технология, Кондауров Б.П., Москва, 2005, стр.275-282

Основы химической технологии, Мухленов И.П., Москва, 1975, стр.299-302

Синтез ВМС методом полимеризации. Элементарные реакции процесса полимеризации.

Полимеры – соединения с многократно повторяющимися группами атомов (звеньев) и молекулярной массой более 5000.

Олигомеры ­– ВМС с низкой молекулярной массой (500-5000)

Мономеры – НМС, которые могут взаимодействовать не менее чем с двумя др. мономерами, содержащими двойные, тройные связи или функциональные группы (-СН₂ОН, -СООН, -NН₂ и др.) число функциональных групп в мономере не менее двух.

При взаимодействии бифункциональных мономеров образуются полимеры с линейной структурой. При большей функциональности мономера образуются полимеры с разветвленной и пространственной структурой.

Полимеризация – реакция образования полимеров в результате разрыва кратных связей или раскрытия циклов, т.е. идет присоединение мономеров друг к другу. В процессе реакции не образуется побочных низкомолекулярных продуктов.

Виды реакций полимеризации: гомополимеризация (полимеризуются однородные мономеры), сополимеризация (полимеризуется смесь различных мономеров).

Поликонденсация – полимеры образуются при взаимодействии функциональных групп мономеров. При реакции выделяются побочные низкомолекулярные продукты.

Полимеры являются основной частью пластических масс, связывающей в единое целое другие компоненты и предающей материалу определенные свойства.

Полимеризация может иметь цепной или ступенчатый механизм, поликонденсация – ступенчатый.

Стадии цепной полимеризации: 1) активация (возбуждение) молекул мономера (идет очень медленно ) 2) рост цепи 3) обрыв цепи.

ЦП может быть ионной (катионной, анионной) или радикальной (радикал причина активации мономера)

Радикальный механизм: Активаторы- Т, свет, радиационное излучение, инициаторы (пероксид, азо и диазосоединения)

Ионный механизм: Катализаторы катионной полимеризации –Н₂SO₄, BF₃ AlCl₃ SnCl₄ TiCl₄; анионной – основания, щелочные ме, металлорганический соединения.

Катионная полимеризация:

Ступенчатый механизм полимеризации: два мономера соединяются в димер, который присоединяя еще одну молекулу, образует тример и тд. Отличие от цепного механизма то, что образовавшиеся промежуточные продукты (димеры, триммеры и др) устойчевы и их можно выделить из сферы реакции.

Влияние различных факторов на процесс полимеризации:

Температура Увеличение температуры на 10⁰С увеличивает скорость реакции в 2-3 раза. С повышением температуры ускоряются все стадии процесса. То есть возрастает подвижность всех частиц системы, что увеличивает вероятность их столкновения. Следовательно скорость обрыва V_обр. возрастает больше, чем скорость роста цепи V_р. Так как степень полимеризации V_р/ V_обр , то это приводит к снижению степени полимеризации и молекулярной массы полимеров.

Давление Повышение давления, особенно в газообразных мономерах, приводит к сближению молекул, что ускоряет процесс и увеличивает степень полимеризации.

Концентрация инициаторов Увеличение концентрации ускоряет процесс полимеризации, так как образуется больше свободных радикалов. Но увеличение числа активных центров уменьшает степень полимеризации и молекулярную массу, так как возрастает скорость обрыва.

Концентрация мономера Повышение концентрации вызывает ускорение процесса и увеличение молекулярной массы.

Регуляторы (не изменяют скорость процесса полимеризации) Эти вещества регулируют скорость обрыва цепи при ее передаче. Регуляторы – четыреххлористый углерод, дихлорэтан и др. При реакции передачи цепи вместо одной большой макромолекулы образуются две меньшие, что приводит к уменьшению средней молекулярной массы полимера. Изменяя количество регулятора (2-6%), получают полимеры нужной молекулярной массы.

Смотри:

Общая химическая технология, Кондауров Б.П., Москва, 2005, стр.275-282

Билет № 22

Вопрос № 2

Компоненты химических производств.

1. Сырье (объект превращения)

1. Энергия (средство воздействия на объект и аппаратуру)

1. Вода

Переменные компоненты: постоянно потребляются или образуются в производстве (сырье, реагенты, продукты, отходы, энергия)

Постоянные компоненты:закладываются в производство (оборудование, конструкции) или участвуют в нем (персонал) на весь срок его существования (аппараты, емкости, трубопроводы; устройства контроля и управления; здания сооружения; обслуживающий персонал)

Сырье –природные материалы, используемые в производстве промышленной продукции.

Кроме сырья в производстве выделяют: полуфабрикаты, промежуточные продукты, полупродукты, побочные продукты, возвратное сырье, отходы.

Полупродукт –сырье, прошедшее обработку на одной или нескольких стадиях производства, но не являющееся товарным целевым продуктом. Может быть сырьем для следующий стадии производства.

Побочный продукт – вещество, образующиеся в процессе переработки сырья параллельно с целевым продуктом, но не является целью данного производства.

Отходы - остатки сырья, материалов и полупродуктов, образующиеся в производстве, не использующиеся в качестве товарных продуктов, частично или целиком утратившие свои качества.

Побочные продукты и полупродукты могут использоваться как сырье в других производствах.

Например:пиролизная смола(побочный продукт) при производстве этилена и пропилена, сырье коксования, ЗТУ и др.

Энергия - используется в больших количествах (химические реакции, компрессия, нагрев материалов, ректификация, фильтрование, сушка и др.)

Источник энергии: основной источник для промышленности горючие ископаемые и продукты переработки, энергия воды, пара, биомасса, ядерное топливо.

Используемая энергия может быть:

- электрической (электрохимическая, электротермическая, для переноса различных материалов и приведения в действия машин и механизмов)

-тепловой, для высокотемпературной переработки сырья (обжиг, нагрев аппаратуры и др.)

-топливной (получают при сжигании топлива, используют для получения тепла и электроэнергии на ТЭЦ )

-механической, используют для проведения физических процессов (измельчение, центрифугирование и др)

-световой, (применяют для проведения фотосинтеза)

и др.

Первичные энергоресурсы:

-невозобнавляемые (уголь, нефть, газ и др. )

-возобновляемые(энергия солнца, ветра, био- и др.)

Вторичные энергоресурсы:

Теплота экзотермических реакций, энтальпия отходящих продуктов процесса, потенциальная энергия сжатых газов и жидкостей.

Вода

В химической промышленности вода используется:

1. Для технологических целей

-растворитель, среда для некоторых физических и механических процессов

-промывная жидкость для газов

-экстрагент и абсорбент

2. Как теплоноситель (горячая вода, перегретый пар, хладоагент)

3. Как сырье, реагент (производство ацетилена, водорода и др.)

Смотри:

Химическая технология, Соколов Р.С., Том 1, Москва, 2000, стр. 42-44, 56-58, 69-72

Билет № 22

Вопрос № 3

Пожароопасные свойства нефти и нефтепродуктов.

К этим свойствам относят температуры вспышки, воспламенения и самовоспламенения, а также пределы взрываемости.

Температура вспышки – это минимальная температура, при которой пары нефтепродукта образуют с воздухом смесь, способную к кратковременному возникновению пламени при внесении в нее источника воспламенения (пламени, искры и т. д.). Ее определяют по ГОСТ – 12.1.044 – 84. Вспышка это слабый взрыв, возможный в строго определенных концентрациях паров нефтепродуктов при данной температуре и давлении.

Различают верхний и нижний концентрационные пределы взрываемости.

Верхний предел– это максимальная концентрация, выше которой воспламенение и горение паров вещества в смеси с воздухом невозможно из-за недостатка кислорода.

Нижний предел– это минимальная концентрация, ниже которой количество теплоты, выделившееся в месте локального воспламенения, недостаточно для протекания реакции горения во всем объеме.

Температура воспламенения– это минимальная температура, при которой пары горючего вещества при внесении источника воспламенения образуют устойчивое незатухающее пламя. Поэтому температура воспламенения всегда выше температуры вспышки, иногда на несколько десятков градусов.

Температура самовоспламенения – минимальная температура, при которой пары горючего вещества в смеси с воздухом воспламеняются без внешнего источника воспламенения. На этом свойстве топлив работают дизельные двигатели. Температура самовоспламенения намного выше температур вспышки и воспламенения, нередко на несколько сот градусов.

Из всех температур, характеризующих огнеопасность нефтепродуктов, наибольшее значение имеет температура вспышки. По температуре вспышки нефтепродукты делятся на легковоспламеняющиеся и горючие вещества. К легковоспламеняющимся веществам относят вещества с температурой вспышки не более 61 ⁰С (в закрытом тигле) и не более 66⁰С (в открытом тигле). Остальные продукты – это горючие вещества.

ЛВЖ – бензины, д/т, керосин, толуол, бензол, о-ксилол и др. Автомобильный бензин имеет температуру вспышки (– 50 ⁰С), а авиационный (- 30⁰С) (в закрытом тигле).

Смотри:

Мозговой И.В. и др. Химия и физика нефти и газа, Омск, 2005, стр. 25-27

Ластовкин Г.А., Справочник нефтепереработчика, Ленинград, Химия, 1986, стр. 616-621

Билет № 23

Вопрос № 2

Теплота реакции. Адиабатический разогрев. Х-Т диаграмма и ее использование для анализа процесса. Пример производства серной кислоты. (вопрос такой же как и в билете №21).

Теплота реакции– это количество энергии, которое выделяется или поглощается системой во время реакции. Реакции протекающие с выделением энергии называютсяэкзотермическими,а с поглощением энергии эндотермическими.

Адиабатические реакторы– при спокойном (без перемешивания) течении потока реагентов не имеют теплообмена с окружающей средой, хорошая теплоизоляция. Все тепло экзотермической реакции собирается (накапливается) потоком реагирующих веществ, то есть затрачивается на изменение температуры в реакторе.

Теплоту реакции используют для выработки пара путем помещения в зону реакции теплообменных элементов, которые подают воду, а получают пар.

Показатели эффективности химического процесса: 1) средняя скорость реакции 2) выход целевого продукта 3) степень превращения (конверсия)

Х-Т диаграмма: Для обратимых экзотермических процессов с повышением температуры снижается равновесный выход продуктов. Так как несмотря на повышение скорости прямой реакции, выход ограничивается равновесием, а при дальнейшем повышении температуры равновесие сдвигается влево (интенсивно идет обратная реакция ). То есть необходимо подбирать для каждого конкретного случая оптимальную температуру. Так как одним из основных показателей процесса является выход продукта.

Синтез ВМС методом суспензионной полимеризации. Производство полистирола.

Методы полимеризации: 1) в среде мономера (блочный или полимеризация в массе); 2) в растворителе 3) в эмульсии; 4) в суспензии (суспензионный)

Суспензионная (бисерная) полимеризация протекает в водной среде, размер частиц мономера до 1мм и выше. Применяют нерастворимые в воде, но растворяющиеся в мономере инициаторы (пероксид бензоила (С₆Н₅СОО)₂). В качестве стабилизаторов эмульсии применяют водорастворимые полимеры (полиакриловая к-та, поливиниловый спирт (-СН₂-СНОН-)_n), которые обволакивают капли мономера, защищая их от слияния. После окончания процесса полимер отделяют от водной фазы в центрефуге без специальной коагуляции (укрупнение частиц). Стабилизаторы суспензии легко отмываются от поверхности полимера, поэтому такой полимер содержит меньше примесей и имеет лучшие физико-механические и диэлектрические свойства. Преимущество данного метода – высокая скорость полимеризации из-за небольшой вязкости среды, облегченный отвод теплоты экзотермической реакции, поэтому получают более однородные по молекулярной массе и свойствам полимеры. Недостаток – большое количество химически загрязненных сточных вод.

Полимеризация в массе мономеры могут находится в газофазном, жидком или твердом состоянии. Ведут в присутствии инициаторов, катализаторов.

Газофазная полимеризация мономер превращается в полимер и выводится из сферы реакции в расплавленном или порошкообразном виде.

Жидкофазная при периодическом способе проводится в форме, полимер образуется в виде сплошного блока. Для отвода теплоты реакции формы охлаждают, но низкая теплопроводность полимера не позволяет поддерживать точную и равномерную температуру процесса. Местный перегрев вызывает деструкцию цепей, повышает полидисперсность продукта. При непрерывной полимеризации мономер непрерывно подают в реактор и выводят из него полимер в расплавленном виде.

Твердофазная проводится для получения полимеров с высокой степени кристалличности. Мономер охлаждают ниже температуры плавления, превращая в орг лед. Инициируют радиоактивным облучением.

Полимеризация в растворителе 1) мономер и полимер растворимы в растворителе, в результате полимеризации образуется лак (коллоидный раствор полимера в растворителе). При необходимости полимер осаждают или испаряют растворитель. 2) в растворителе растворяется мономер, а образовавшийся полимер выпадает в осадок.

Эмульсионная полимеризация проводят в жидкости не растворяющей мономер (вода). Добавляют эмульгаторы (различные мыла). Эмульгатор покрывает сплошной пленкой мономер, создавая стабильную эмульсию, так же регулируют рН среды (около 7) добавляя буферные вещества (фосфаты, бикарбонаты). рН влияет на стабильность эмульсии. Инициаторы – водорастворимые пероксиды (пероксид водорода). После окончания процесса образуется латекс (дисперсия полимера в воде). Для выделения полимера из латекса добавляют электролит(р-р кислоты, щелочи), пленка разрушается полимер выпадает в осадок. Таким способом получают полимеры с большой молекулярной массой, низкой полидисперсностью. Недостаток загрязнение полимера остатками эмульгатора, электролита и др. добавок.

Производство полистирола:

Стирол СН₂=СН-С₆Н₅ - жидкость Т_кип 145,2⁰; Т_зам -31, плотность 905кг/м³. Нерастворим в воде, смешивается во всех соотношениях с ацетоном, бензолом, метиловым, этиловым спиртом и др.; горюч, токсичен. Получают из этилена и бензола – этилбензол, который каталитически дегидрируют.

1) Реакция Фриделя-Крафтса, Кt AlCl₃

С₆Н₆ + СН₂=СН₂ С₆Н₅- СН₂-СН₃ +109кДж/моль

2) С₆Н₅- СН₂-СН₃ С₆Н₅- СН=СН₂ +Н₂

Полученный стирол-сырец содержит примеси этилбензола, диэтилбензола, дивинилбензола и др., которые удаляют вакуумной ректификацией до содержания стирола 99,8%.

Блочный способ производства полистирола Процесс ведут без инициатора (термическая полимеризация). Получают полимер высокой чистоты с высокими показателями диэлектрических свойств.

Под действием повышенной температуры происходит столкновение молекул мономера, образуются бирадикалы:

Бирадикалы могут распадаться с образованием свободных радикалов

Свободные радикалы могут образовываться при взаимодействии стирола с бирадикалами

Свободные радикалы инициируют реакцию. Обрыв цепи происходит из-за рекомбинации радикалов.

Блочный способ проводят в две стадии, при постоянном повышении температуры. Так как с глубиной конверсии возрастает вязкость среды, что затрудняет отвод выделившейся теплоты. Скорость реакции снижается из-за снижения концентрации мономера. Поэтому повышение температуры компенсирует это снижение. Сильно повышать температуру нельзя, уменьшается молекулярная масса. Процесс ведут при температуре 150⁰С. Вязкость снижают добавляя растворитель.

Суспензионный способ получения полистирола активация мономера происходит под действием свободных радикалов, образующихся при распаде пероксидов

Радикалы взаимодействуют с мономером, образуя активные центры. Рост цепей идет путем последовательного присоединения мономера к активному центру.

Обрыв цепи осуществляется рекомбинацией или диспропорционированием.

Суспензионную полимеризацию проводят по периодической схеме(из-за налипания полимера на мешалку стенки реактора-полимеризатора). Стадии процесса : 1) приготовление суспензионной смеси 2) полимеризация 3) промывка 4) отделение бисера от маточника 5) сушка 6) смешение и окрашивание 7) гранулирование

1. в аппарат с рубашкой и мешалкой загружают: обессоленная вода (65⁰), стабилизатор (смесьCaCl₂, ПАВ и др), перемешивают, контролируют рН (5,5-6,5). Получили суспензионную смесь.

2. загружают стирол, обессоленную воду (65⁰), суспензионную смесь, перемешивают, добавляют инициаторы . Постоянно перемешивают, температура вначале 90⁰(5-6ч) затем 123⁰(4ч). Перед повышением температуры подают известь для регулирования рН (д.б выше 7). Затем охлаждают водой подаваемой в рубашку реактора до 70-75⁰

3. загружают моющее средство и НСlдля снижения рН (2-2,5). Полимеризатор промывают горячей водой для удаления остатков полимера.

4. Отделение ведут в центрифуге. Подают чистую воду для отмывки полистирола от соляной кислоты

5. Сушку бисера ведут при 70-110⁰, повышение температуры ведет к слипанию бисера. После сушки влаги 0,1%

6. Бисер поступает на сита для отсева некондиции, затем на силоса – многоячеистая емкость,для автоматического направления полистирола разных марок в нужные ячейки. Затем поступает в смесители куда добавляют красители и добавки. Получаем различные марки полистирола.

Затем в аппарат с температурой 175-290, где плавят бисер для удаления остаточного стирола и летучих газов вакуум-насосом. Охлаждают в водяной ванне, режут в грануляторе, просевают

Билет № 23

Вопрос № 3

Синтез высокомолекулярных соединений методом суспензионной полимеризации. Производство полистирола.

Ответ

Методы полимеризации: 1) в среде мономера (блочный или полимеризация в массе); 2) в растворителе 3) в эмульсии; 4) в суспензии (суспензионный)

Суспензионная (бисерная) полимеризацияпротекает в водной среде, размер частиц мономера до 1мм и выше. Применяют нерастворимые в воде, но растворяющиеся в мономере инициаторы (пероксид бензоила (С₆Н₅СОО)₂). В качестве стабилизаторов эмульсии применяют водорастворимые полимеры (полиакриловая к-та, поливиниловый спирт (-СН₂-СНОН-)_n), которые обволакивают капли мономера, защищая их от слияния. После окончания процесса полимер отделяют от водной фазы в центрефуге без специальной коагуляции (укрупнение частиц). Стабилизаторы суспензии легко отмываются от поверхности полимера, поэтому такой полимер содержит меньше примесей и имеет лучшие физико-механические и диэлектрические свойства. Преимущество данного метода – высокая скорость полимеризации из-за небольшой вязкости среды, облегченный отвод теплоты экзотермической реакции, поэтому получают более однородные по молекулярной массе и свойствам полимеры. Недостаток – большое количество химически загрязненных сточных вод.

Полимеризация в массемономеры могут находится в газофазном, жидком или твердом состоянии. Ведут в присутствии инициаторов, катализаторов.

Газофазная полимеризациямономер превращается в полимер и выводится из сферы реакции в расплавленном или порошкообразном виде.

Жидкофазнаяпри периодическом способе проводится в форме, полимер образуется в виде сплошного блока. Для отвода теплоты реакции формы охлаждают, но низкая теплопроводность полимера не позволяет поддерживать точную и равномерную температуру процесса. Местный перегрев вызывает деструкцию цепей, повышает полидисперсность продукта. При непрерывной полимеризации мономер непрерывно подают в реактор и выводят из него полимер в расплавленном виде.

Твердофазная проводится для получения полимеров с высокой степени кристалличности. Мономер охлаждают ниже температуры плавления, превращая в орг лед. Инициируют радиоактивным облучением.

Полимеризация в растворителе 1) мономер и полимер растворимы в растворителе, в результате полимеризации образуется лак (коллоидный раствор полимера в растворителе). При необходимости полимер осаждают или испаряют растворитель. 2) в растворителе растворяется мономер, а образовавшийся полимер выпадает в осадок.

Эмульсионная полимеризацияпроводят в жидкости не растворяющей мономер (вода). Добавляют эмульгаторы (различные мыла). Эмульгатор покрывает сплошной пленкой мономер, создавая стабильную эмульсию, так же регулируют рН среды (около 7) добавляя буферные вещества (фосфаты, бикарбонаты). рН влияет на стабильность эмульсии. Инициаторы – водорастворимые пероксиды (пероксид водорода). После окончания процесса образуется латекс (дисперсия полимера в воде). Для выделения полимера из латекса добавляют электролит(р-р кислоты, щелочи), пленка разрушается полимер выпадает в осадок. Таким способом получают полимеры с большой молекулярной массой, низкой полидисперсностью. Недостаток загрязнение полимера остатками эмульгатора, электролита и др. добавок.

Производство полистирола:

Стирол СН₂=СН-С₆Н₅- жидкость Т_кип145,2⁰; Т_зам-31, плотность 905кг/м³. Нерастворим в воде, смешивается во всех соотношениях с ацетоном, бензолом, метиловым, этиловым спиртом и др.; горюч, токсичен. Получают из этилена и бензола – этилбензол, который каталитически дегидрируют.

1) Реакция Фриделя-Крафтса, Кt AlCl₃

С₆Н₆+ СН₂=СН₂С₆Н₅- СН₂-СН₃+109кДж/моль

2) С₆Н₅- СН₂-СН₃С₆Н₅- СН=СН₂+Н₂

Полученный стирол-сырец содержит примеси этилбензола, диэтилбензола, дивинилбензола и др., которые удаляют вакуумной ректификацией до содержания стирола 99,8%.

Блочный способ производства полистиролаПроцесс ведут без инициатора (термическая полимеризация). Получают полимер высокой чистоты с высокими показателями диэлектрических свойств.

Под действием повышенной температуры происходит столкновение молекул мономера, образуются бирадикалы:

СН₂= СН+ СН₂= СН → ЖH- СН₂- СН₂- ЖH

C₆H₅ C₆H₅ C₆H₅ C₆H₅

Бирадикалы могут распадаться с образованием свободных радикалов

ЖH- СН₂- СН₂- ЖH→ СН₃- ЖH+ СН₂= ЖH

C₆H₅ C₆H₅ C₆H₅ C₆H₅

Свободные радикалы могут образовываться при взаимодействии стирола с бирадикалами

ЖH- СН₂- СН₂- ЖH+ СН₂= СН₂→ СН₂- СН₂- СН₂- ЖH+ СН₂= Ж

C₆H₅ C₆H₅ C₆H₅ C₆H₅ C₆H₅ C₆H₅

Свободные радикалы инициируют реакцию. Обрыв цепи происходит из-за рекомбинации радикалов.

Блочный способ проводят в две стадии, при постоянном повышении температуры. Так как с глубиной конверсии возрастает вязкость среды, что затрудняет отвод выделившейся теплоты. Скорость реакции снижается из-за снижения концентрации мономера. Поэтому повышение температуры компенсирует это снижение. Сильно повышать температуру нельзя, уменьшается молекулярная масса. Процесс ведут при температуре 150⁰С. Вязкость снижают добавляя растворитель.

Суспензионный способ получения полистирола активация мономера происходит под действием свободных радикалов, образующихся при распаде пероксидов

K₂S₂O₈→2ROSO₂O·

Радикалы взаимодействуют с мономером, образуя активные центры. Рост цепей идет путем последовательного присоединения мономера к активному центру.

R·+СН₂=СН→R-СН₂-ЖH+СН₂=СН→R-СН₂-СН-СН₂-ЖH+СН₂=СН→R-СН₂-СН-СН₂-СН - СН-ЖH₂ и т.д.

C₆H₅ C₆H₅ C₆H₅ C₆H₅ C₆H₅ C₆H₅ C₆H₅ C₆H₅ C₆H₅

Обрыв цепи осуществляется рекомбинацией или диспропорционированием.

Суспензионную полимеризацию проводят по периодической схеме(из-за налипания полимера на мешалку стенки реактора-полимеризатора). Стадии процесса : 1) приготовление суспензионной смеси 2) полимеризация 3) промывка 4) отделение бисера от маточника 5) сушка 6) смешение и окрашивание 7) гранулирование

1. в аппарат с рубашкой и мешалкой загружают: обессоленная вода (65⁰), стабилизатор (смесь CaCl₂, ПАВ и др), перемешивают, контролируют рН (5,5-6,5). Получили суспензионную смесь.

1. загружают стирол, обессоленную воду (65⁰), суспензионную смесь, перемешивают, добавляют инициаторы . Постоянно перемешивают, температура вначале 90⁰(5-6ч) затем 123⁰(4ч). Перед повышением температуры подают известь для регулирования рН (д.б выше 7). Затем охлаждают водой подаваемой в рубашку реактора до 70-75⁰

1. загружают моющее средство и НСl для снижения рН (2-2,5). Полимеризатор промывают горячей водой для удаления остатков полимера.

1. Отделение ведут в центрифуге. Подают чистую воду для отмывки полистирола от соляной кислоты

1. Сушку бисера ведут при 70-110⁰, повышение температуры ведет к слипанию бисера. После сушки влаги 0,1%

1. Бисер поступает на сита для отсева некондиции, затем на силоса – многоячеистая емкость,для автоматического направления полистирола разных марок в нужные ячейки. Затем поступает в смесители куда добавляют красители и добавки. Получаем различные марки полистирола.

1. Затем в аппарат с температурой 175-290, где плавят бисер для удаления остаточного стирола и летучих газов вакуум-насосом. Охлаждают в водяной ванне, режут в грануляторе, просевают.

Смотри:

Химическая технология, Соколов Р.С., Том 2, Москва, 2000, стр. 392-397

Общая химическая технология, Кондауров Б.П., Москва, 2005, стр.313-320

Билет № 24

Вопрос № 2

Химические реакторы, их основные типы. Материальный и тепловой балансы для реакторов полного смешения и идеального вытеснения.

Химический реактор – основной аппарат, где протекает хим. процесс.

Основной показатель эффективности работы реактора – интенсивность (И).

И – отношение производительности к реакционному объему или поверхности контакта. (П/V; П/S). От интенсивности зависит время, затрачиваемое на производство единицы продукции. А время зависит от степени превращения, начальной концентрации реагентов, скорости хим. процесса.

Классифицируются:

По изменению параметров процесса во времени

Реакторы периодического действия – происходит падение движущей силы процесса во времени из-за уменьшения концентрации реагентов, т.е процесс не стационарен во времени и требует корректировку параметров процесса.

Реакторы непрерывного действия (стационарные) – постоянство движущей силы процесса. Все параметры могут изменятся от точки к точке внутри аппарата, но сохраняют свои значения во времени.

По температурному режиму:высокотемпературные, низкотемпературные

Адиабатические реакторы – при спокойном (без перемешивания)течении потока реагентов не имеют теплообмена с окружающей средой, хорошая теплоизоляция. Все тепло экзотермической реакции собирается (накапливается) потоком реагирующих веществ.

Изотермические реакторы – температура постоянна во всех точках реакционного объема, (выгоднее, облегчают автоматизацию). Достигается в реакторах с мешалкой или в кипящем (псевдоожиженном ) слое.

Политермические реакторы – частичная компенсация тепла реакции путем подвода (отвода) теплоты. Это реакторы с малой степенью смешения реагирующих веществ и теплообменниками.

По давлению: работающие при высоком, повышенном, нормальном и низком (под вакуумом)

По типу процесса: гомогенные, гетерогенные

По степени перемешивания реагентов: (реакторы непрерывного действия)

Реактор идеального вытеснения – ламинарное движение реакционной массы по всему фронту реактора. Основные показатели процесса изменяются по высоте реактора. В них достигается наибольшая величина движущей силы. Это емкость (шахта), в которой на решетки помещен твердый зернистый материал, высота его слоя больше диаметра реактора. Через слой проходит газ и вступает во взаимодействие с материалом (конц. реагентов понижается по высоте слоя)

Материальный баланс: -(dc_J / dt ) - w_rJ= 0

Тепловой баланс: -u(dT/dz) - w_rA(∆H/c_pp ) ± 2 K_T∆T_T.O / R c_pp = 0, где R- радиус цилиндрического канала.

Реакторы полного смешения – газы и жидкости, поступающие в реактор, мгновенно смешиваются со всем содержимым реактора, т.к. скорость циркуляционных движений по высоте и сечению реактора во много раз больше, чем скорость линейного движения по оси реактора. Концентрация веществ и степень превращения во всем объеме реактора одинакова и равна конечной. Это реакторы кипящего слоя с мешалкой; с перемешивающими устройствами в жидкостях, суспензиях твердых веществ и др.

РИС материальный баланс: v/u = t = c_J.0– c_J.f/w_rJ, где

v- полный объем реактора; u- объемный расход; c_J.0, c_{J.f –} концентрация реагента, на входе и выходе из реактора; t (тау)-время; w_rJ- скорость.

РИС тепловой баланс: uc_pp(T₀ - T) - ∆Hw_rAV±K_TF_T.O∆T_T.O= 0, где c_p-средняя теплоемкость реакционной смеси; р- средняя плотность смеси; ∆H-тепловой эффект реакции на 1 моль реагента; K_T- коэффициент теплопередачи; F_T.O-поверхность теплообмена с окружающей средой; ∆T_T.O-движущая сила теплообмена (средняя разность температур в реакторе и внешней среде); индекс «0»-входящий поток.

Билет № 24

Вопрос № 3

Классификация нефтей по плотности, содержанию серы, структурно-групповому составу. Технологическая классификация.

Классификация по структурно-групповому составу Так как в нефти практически присутствуют лишь ее насыщенные представители - алканы (парафины), циклоалканы (нафтены) и арены (ароматические), нефти классифицируют:

- Парафиновые нефти.Содержат значительные количества алканов во всех фракциях нефти. Их доля в бензиновых фракциях составляет не менее 50 %, в масляных – не менее 20 %.

- Парафино-нафтеновые нефти. Содержат алканы и значительное количество циклоалканов. Содержание аренов в них невелико. Эти нефти как и парафиновые, содержат смолы и асфальтены в небольших количествах. Западная Сибирь (Самотлорское, Советское, Шаимское, Усть-Балыкское и др.) и междуречье Волги и Урала (Ромашкинское, Туймазинское, Ставропольское, Арланское, и др.).

- Нафтеновые нефти.Для них характерно содержание циклоалканов во всех фракциях нефти до 60 % и более. Остальные углеводороды, а также смолы и асфальтены находятся в них в небольших количествах. Баку (Балаханское и Сураханское

- Парафино-нафтено-ароматические нефти. Доля твердых парафинов в них составляет – до 1,5 %, смол и асфальтенов – до 10 %.

- Нафтено-ароматические нефти. Состоят в основном из циклоалканов и аренов., арены концентрируются в тяжелых фракциях. Алканов мало, только в легких фракциях. Доля твердых парафинов 0,3 %. Смолы и асфальтены 15 – 20 %.

- Ароматические нефти. Содержат много аренов во всех фракциях . Эти нефти имеют самую большую плотность. К ароматическим нефтям относятся Прорвинская в Казахстане и Бугурусланская в Поволжье.

Классификация по плотности.

- легкие – с плотностью ₁₅ ¹⁵ < 828 кг/м³(Яринское месторождение);

- утяжеленные – с плотностью 828 < < 884 кг/м³(Ромашкинское, Самотлорское,);

• тяжелые – с плотностью ₁₅ ¹⁵> 884 кг/м³(Ярегское месторождение).

Другие авторы делят все нефти по плотности на пять типов:

0 – очень легкие, с плотностью₄²⁰800 кг/м³;

1 – легкие, с плотностью 800 <₄²⁰< 840 кг/м³;

2 – нефти со средней плотностью 840 <₄²⁰< 880 кг/м³;

3 – тяжелые, с плотностью 880 <₄²⁰< 920 кг/м³;

4 – очень тяжелые, с плотностью ₄²⁰> 920 кг/м³.

В легких нефтях, больше бензиновых фракций, мало смол, асфальтенов и серы. Из них получают высококачественные смазочные масла. Тяжелые нефти содержат большое количество смол и асфальтенов и являются отличным сырьем для производства битумов.

Классификация по содержанию серы. Такая классификация разделяет все нефти на четыре вида:

0 – малосернистые нефти с содержанием серы < 0,5 %;

1 – нефти средней сернистости (0,5 < S < 1%);

2 – сернистые нефти (1< S < 3 %);

3 – высокосернистые нефти (S > 3 %).

В мире известны месторождения нефти с содержанием серы 9,6 и даже 14 % масс. Такие нефти состоят почти исключительно из сернистых соединений.

Технологическая классификация. По ней все нефти делят на классы (по содержанию серы в самой нефти и в получаемых из нее при разгонке бензине, реактивном и дизельном топливе). Второе деление осуществляется по типам (характеризует выход светлых фракций из нефти, выкипающих до 350⁰С). Отнесение нефти к той или иной группе производится по потенциальному содержанию в ней базовых масел, подгруппе – по индексу вязкости этих базовых масел. Наконец, рубрика вид определяет содержание твердых парафинов в нефти.

Малосернистая нефть содержит не более 0,5% серы в бензине и РТ 0,1%, а в ДТ – 0,2%. Это нефть 1-го класса.

Сернистая нефть содержит 0,5 – 2 % серы, в бензине не более 0,1 %, РТ – 0,25 %, ДТ –1 %.

Высокосернистая нефть содержит более 2 % серы в бензине более 0,1 %, РТ – более 0,25 %, в ДТ – более 1 %. Если все ее дистиллятные фракции содержат серы меньше, то нефть относят к сернистой.

По выходу светлых фракций нефти делятся на 3 типа, а по суммарному содержанию дистиллятных базовых масел – на 4 группы, а в зависимости от значения индекса вязкости этих масел – на 4 подгруппы.

При доле твердых парафинов в нефтях < 1,5 % и из этой нефти без ДП получают РТ, ДТ «З» (200 – 350 ⁰С) и температурой застывания < - 45⁰C, а также индустриальные базовые масла, то такую нефть называют малопарафинистой. 1,5 – 6 % твердых парафинов без ДП получают РТ и ДТ «Л» (240 - 350⁰С) и температуре застывания < - 10⁰С, то эту нефть называют парафинистой. Остальная нефть является высокопарафинистой.

Смотри:

Мозговой И.В. и др. Химия и физика нефти и газа, Омск, 2005, стр. 12-16

Билет № 25

Вопрос № 2

Реакторы с кипящим слоем катализатора. Проблема межфазного переноса, способы повышения скорости массообмена. Достоинства и недостатки на примерах каталитического крекинга и дегидрирования алканов.

Применяют мелкозернистые катализаторы с диаметром частиц 0,1-2мм. Кипящий слой мелких частиц катализатора образуется в газовом или жидком потоке реагирующих веществ. Для этого газ пропускают с низу вверх через решетку на которой находится кt, с такой скоростью, чтобы частицы катализатора пришли в движение и весь слой превратился из неподвижного в кипящее состояние. Внешний вид напоминает кипящую жидкость. Он так же пронизан пузырьками газа. Кипящий слой обладает свойством текучести подобно жидкости. Температурный режим изотермический. Тепло и массообмен осуществляется при идеальном перемешивании реагентов с катализатором.

Преимущества:

- высокая производительность процесса и катализатора в результате уменьшения размеров частиц, то есть полное использование внутренней поверхности катализатора.

- легкость транспортирования катализатора и регулирования технологического режима.

- осуществление процесса в области близкой к кинетической.

Недостатки:

- неравномерность времени пребывания сырья в зоне реакции, таким образом некоторая часть сырья подвергается чрезмерному крекированию до газа и кокса, а другая легкому крекингу.

- малое время контакта не обеспечивающие мах высокую селективность крекинга.

- снижение движущей силы процесса вследствие полного перемешивания газа, а так же из-за прохождения части газа через слой в виде крупных пузырей.

Фарамазов С.А. Оборудование нефтеперерабатывающих заводов и его эксплуатация, Москва, Химия, 1978, стр.285

Билет № 25

Вопрос № 3

Способы организации химических производств. Преимущества непрерывных процессов.

Организационные принципы:

1. принцип комбинирования производства

1. создание безотходных территориально-промышленных комплексов (ТПК)

1. создание технологии переработки отходов

1. Успешной формой организации в нашей стране были научно-производственные объединения, которые включали промышленные предприятия, научно-исследовательские и проектные институты. Пример такой организации производства ПО «Нижнекамскнефтехим», себестоимость продукции на 20-30% ниже специализированных заводов.

При создании производственных объединений необходимо учитывать факторы :

1) Технологическую целостность получения продукции

2) объединение производств, для получения конечной подотраслевой или отраслевой продукции

3) последовательная или комплексная переработка сырья

4) централизацию обслуживающих производств и служб

5)рациональное территориальное размещение производств

6) включение в состав НИ и проектных институтов, конструкторских бюро

2. Объединение производств различных отраслей промышленности, находящихся в одном территориальном регионе. В такие комплексы входят производства органического и нефтехимического синтеза и др., энергетические объекты, и даже городские коммуникации, дающие бытовые отходы. В ТПК эффективно используются отходы, очищаются воздушные выбросы и сточные воды.

2. При создании безотходных производств, предусматривается утилизация и переработка отходов производства, превращая их в ценные для народного хозяйства продукты, а т.ж. в сырье других производств.

Химическая технология, Соколов Р.С., ТОМ 1, Москва, 2000, стр. 138-145

Билет № 26

Вопрос № 2

Процессы с изменяющейся активностью катализатора. Основные причины и явления дезактивации. Приемы снижения дезактивации в различных технологических процессах. Реакторы для процессов с дезактивацией катализаторов.

Билет № 26

Вопрос № 3

Химический состав нефтей. Углеводороды. Гетероатомные соединения. Смолы и асфальтены.