Готовая дипломная работа

Конечной целью функционирования любой химико-технологической схемы (ХТС) является достижение полной конверсии реагентов и разделение продуктов реакции на отдельные компоненты с заданной степенью чистоты. Однако, при использовании линейных ХТС в большинстве случаев эти цели недостижимы из-за наличия кинетических и термодинамических ограниче-ний, накладываемых спецификой структур диаграмм фазового и химического равновесий. В частности, для обратимых реакций в реакторе любого типа не-возможно достижение полной конверсии реагентов [5], а ее максимально возможное значение определяется состоянием химического равновесия. С другой стороны, наличие азеотропов в реакционной смеси часто не позволяет выделить продукты реакции требуемого качества [2]. Часто, при осуществле-нии медленно протекающих реакций из-за непомерного увеличения объема реактора невозможно достичь равновесия, эти реакции осуществляются с на-много меньшим выходом продуктов, чем могло бы быть в условиях равнове-сия. Однако, если проводить процесс с небольшими превращениями за одно-кратный пропуск при одновременном выводе из системы продуктов реакции и с последующим возвращением в систему непрореагировавших веществ, то можно достичь 100-процентного превращения исходного сырья.
Кроме того, как правило, многие химические реакции сопровождаются параллельно или последовательно протекающими побочными превращения-ми. Скорость этих реакций и соотношение выходов продуктов в реакциях изменяются в зависимости от условий процесса. Максимальному выходу же-лаемого продукта будет соответствовать определенная глубина превращения исходного сырья, после которой начнут преобладать побочные реакции.
Таким образом, преодоление указанных ограничений возможно при ор-ганизации селективного обмена веществом реакционной зоны с окружающей средой [20]. Наличие селективного обмена, независимо от способа его реали-зации, позволяет, с одной стороны, создавать в реакционной зоне необходи-мые условия для протекания целевых реакций с высокими скоростями, а с другой стороны, обеспечивать в системе в целом высокую конверсию (вплоть до полного исчерпывания реагентов) и селективность [1]. Все это, в конечном счете, и является основой создания современных энергосберегаю-щих и экологически безопасных технологий [1].
Одним из способов организации такого селективного обмена является рециркуляция [8], которая может быть как внешней, так и внутренней.
Внешняя рециркуляция применяется в настоящее время практически во всех химико-технологических процессах [1], когда процессы синтеза и разде-ления проводятся последовательно и раздельно. Примером организации внутренней рециркуляции являются совмещенные реакционно-массообменные процессы [4], в которых химические реакции и процессы разделения проводятся одновременно и в рамках одного аппарата.
Очевидно, что разработка качественных и количественных методов анализа и синтеза технологических схем, использующих принцип селектив-ного обмена веществом с окружающей средой, в частности рециркуляцион-ных и совмещенных процессов, открывает возможности построения ХТС, обеспечивающих практически полную конверсию реагентов при минималь-ных энергетических затратах.
В химико-технологических системах, где в реакторах используются дорогие катализаторы, для увеличения их срока службы используют схемы, в которых до основного реактора ставят еще один реактор с более дешевым ка-тализатором, в котором происходит очищение сырья от примесей, вредных для дорогого катализатора, и неполное превращение исходного сырья. А также для снятия теплоты реакции в первом реакторе, так как из-за больших скоростей возникает большой тепловой эффект реакции.
В таких схемах существуют различные варианты охвата реакторов ре-циклом: можно подавать рецикл либо на вход первого реактора, либо на вход второго.
Таким образом, в данной работе рассматриваются две схемы с различ-ной подачей рецикла с позиции минимальных энергетических затрат, необ-ходимых для достижения заданной конверсии и селективности.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6
1.1. Рециркуляционные процессы. 7
1.2. Методы оценки энергетических затрат в реакционно-ректификационных процессах. 12
1.3. Постановка задачи. 13
ГЛАВА 2. РАСЧЕТНО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 14
2.1. Анализ стационарных состояний рециркуляционного реакционно-ректификационного процесса. 14
2.1. Рециркуляционная схема с рециклом, охватывающим два реактора. 15
2.2. Рециркуляционная схема с рециклом, охватывающим один реактор. 19
ГЛАВА 3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 25
ВЫВОДЫ 34
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 35

Проведен анализ стационарных состояний реакционной схемы для ре-акции типа А  В при различных вариантах организации подачи рецикла.
Показана возможность достижения практически полного превращения реагента в рециркуляционной схеме, как при подаче рецикла на вход первого реактора, так и на вход второго.
Для различных вариантов организации подачи рецикла определены об-ласти в пространстве величин потока рецикла и объема реактора, при кото-рых возможна 100% -ая конверсия.
Проведена оценка минимальных энергетических затрат, необходимых для достижения заданной конверсии в рециркуляционных схемах с двумя ре-акторами и ректификационной колонной в случаях различной организации подачи рецикла.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тимофеев B. C. Серафимов Л.А., Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза: Учебное пособие для вузов. - М.: Химия. 1992.
2. Жаров ВТ., Серафимов Л.А. . Физико-химические основы дистилля-ции и ректификации. Л. Химия, 1974, 239 с.
3. Петлюк Ф.Б., Серафимов Л.А. Многокомпонентная ректификация. Теория и расчет. М., Химия, 1983.
4. Тимофеев В. С, Серафимов Л.А., Писаренко Ю.А., Солохин А.В. Технология основного органического синтеза. Совмещенные процессы. М.: Химия, 1993.
5 Лебедев Н.Н., Манаков М.Н., Швец В.Ф., Теория технологических процессов основного органического и нефтехимического синтеза, М., Химия, 1975, с.478.
6. Плановский А.Н., Химическая промышленность, 1944, №5-6, с.5.
7. Нагиев М.Ф. Теоретические основы рециркуляционных процессов в химии. - М.: Изд-во Акад. Наук. 1962. с.31.
8. Нагиев М.Ф. Этюды о химических системах с обратной связью. М., Наука, 1971, 92 с.
9. Нагиев М.Ф. Химическая рециркуляция. - М.: Наука. 1978.
10. Кафаров В.В. Принципы создания безотходных химических произ-водств М.: Химия. 1982.
11. Kiss S. A. Ind. Eng. Chem., 1930, v 22, №1 с.10.
12. Маркович И.Б. Труды I Всесоюзного съезда ВНИТО нефтяников, М., Грозный, Новосибирск, ОНТИ НКТП СССР, 1934, с.283.
13. Дуев С. И, Бояринов А.И., Кафаров В.В. Исследование режимов с полным использованием исходных и промежуточных реагентов в системе ре-актор-узел разделения. Сб. Системный анализ процессов химической техно-логии. М: МХТИ, 1979. Вып.106. С.96.