Обосновать ответ. Ответ:Введение инертного компонента равноценно понижению давления в системе

Ответ: Введение инертного компонента равноценно понижению давления в системе. В первом случае реакция идет с уменьшением числа молей, поэтому снижение давления в системе, согласно принципу Ле Шателье, вызовет смещение равновесия препятствуя этому изменению, то есть равновесие сместится в сторону исходных веществ. Случай два обратный первому случаю, следовательно, равновесие во втором варианте сместится в сторону конечных продуктов.

24. Получение ацетальдегида на палладиевом катализаторе: C₂H₄ + 0,5O₂ → CH₃CHO (Δ H < 0) сопровождается последовательными побочными реакциями. Что делают для их подавления? Обосновать ответ. Какие еще приемы используют для подавления побочных реакций?

Ответ: Скорость отдельных реакций и, соответственно, скорость образования побочных продуктов зависит от условий проведения процесса. На скорость суммарной реакции, селективность процесса и выход ацетальдегида существенно влияет состав катализаторного раствора (содержание PdCl₂, CuCl₂ и FeCl₂), кислотность среды, давление, температура, соотношение этилена и окисляющего агента.

1. Соотношение между общим суммарным содержанием металлов окислительно-восстановительной системы (Cu, Fe или смеси) и Pd должно быть не меньше 15:1. На практике используется соотношение (25:1)- (50:1). Такой избыток меди и железа обуславливается высокой стоимостью Pd.

2. Конверсия олефина зависит также от мольного соотношения в катализаторе меди (железа) и галогена; оно поддерживается в узком диапазоне (1:1,4-1:1,8). Поэтому добавляемый в ходе процесса галоген в виде хлорида или этилхлорида должен дозироваться достаточно точно, так как при соотношении меньшем, чем 1:1, снижается конверсия этилена, а при соотношении 1:2 и выше реакция замедляется. В этом случае добавляют ацетат меди.

3. Процесс следует проводить в кислой (pH = 0,8-3,0) или нейтральной среде (pH = 6,0-7,5), так как при повышении pH из катализаторного раствора будет выпадать хлорид меди (I), что приводит к снижению выхода ацетальдегида и забивки отверстий газораспределительного устройства. Растворимость Cu(I) можно повысить добавлением в катализаторный раствор муравьиной, уксусной, а лучше – трихлоруксусной кислоты. Однако их следует добавлять в незначительном количестве (особенно уксусную кислоту), так как карбоновые кислоты образуют с Cu малоактивные соли. Кроме того, уксусная кислота растворяет продукты синтеза, что приводит к образованию побочных хлорированных продуктов.

4. Растворимость солей в воде ограничена, поэтому образуются разбавленные растворы катализатора, что приводит к его низкой удельной производительности. В связи с этим выгоднее работать с катализатором, находящимся в виде суспензии в воде или в разбавленной уксусной кислоте (шламовый катализатор). Применение шламового катализатора позволяет сочетать высокую концентрацию катализатора с хорошим отводом тепла; образовывать стабильную пену, что в свою очередь приводит к хорошему диспергированию газа.

5. В качестве сырья можно использовать как концентрированный этилен, так и этан-этиленовую фракцию. Наличие малых количеств водорода, оксида и диоксида углерода, предельных углеводородов не мешает протеканию процесса. Содержание непредельных углеводородов и серы должно быть незначительным (ацетилена ≤ 0,005 %, высших олефинов ≤ 0,03%, серы ≤0,001%) во избежание образования побочных продуктов.

6. Превращение этилена в ацетальдегид про 20⁰С протекает с низкой скоростью. Реакция проходит сравнительно интенсивно при 100-130⁰С.

7. Для поддержания реакционной массы в жидком состоянии при такой температуре требуется повышенное давление (0,3-1,1 МПа), которое способствует и ускорению процесса за счет улучшения растворимости газов. Для повышения растворимости олефина и кислорода в водных растворах рекомендуется применять реакционные устройства, в которых осуществляется турбулизация жидкости и обеспечивается максимальная поверхность контакта фаз.

25. При протекании параллельных реакций в газовой фазе А→В (основная) и А→R(побочная) энергия активации основной реакции больше, чем побочной (Е1 > Е2), а порядок реакции по компоненту А n1< n2. Каким образом повысить селективность процесса?Обосновать ответ.

Ответ: Селектвность – отношение количества исходного реагента, превратившегося в целевой продукт, к общему количеству прореагировавшего реагента.

A=B (основная)

A=R (побочная)

Дано: E₁>E₂; h₁>h₂

Если h₁>h₂ , при повышении С_А селективность будет расти

Если h₁<h₂ , при повышении С_А селективность будет падать

Следовательно, для увеличения селективности при h₁<h₂ необходимо уменьшать С_А

При E₁>E₂ увеличение температуры приводит к увеличению селективности

26. Основные потери в синтезе аммиака N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃ (Δ H < 0) связаны с отдувкой части рециркулирующей газовой смеси. С какой целью проводится отдувка? От чего зависит объем продувки?

Ответ: Эффективное давление в системе рассчитывается по формуле

P_эф = P_общ(1-i), где i-доля инертов в системе.

Для поддержания в циркуляционном газе постоянного содержания инертных газов, не превышающего 10%, проводят продувку газа после первичной конденсации аммиака (после сепаратора). Продувочные газы содержат 8-9% NH₃, который выделяется при температуре -25-30 ⁰С в конденсационной колонне и испарителе продувочных газов. Смесь танковых и продувочных газов после выделения аммиака используют как топливный газ.Объем отдувки зависит от объема накопившихся инертов

27.В исследуемой системе основная (1) и побочная(2) реакции идут в газовой фазе.

A + 2B ↔ R (∆ H < 0) (1)

A + B → S (2)

Константа равновесия основной реакции (1) в широком диапазоне температур изменяется в пределах 10² –10^-2. Энергия активации реакции 1 меньше энергии активации реакции 2. Какими приёмами можно сместить равновесие реакции 1 в нужную сторону и повысить селективность процесса?

Ответ: Понизить температуру и повысить давление

28.Синтез аммиака проводят с большими объёмными скоростями для:

Ответ: увеличения интенсивности процесса

29. Почему гетерогенный каталитический процесс, осложненный последовательными превращениями целевого продукта: А→ В→ D (В – целевой продукт) проводят во внешнедиффузионной области на непористом катализаторе?

Ответ: Потому что, если взять пористый катализатор, то процесс последующего превращения целевого продукта также будет катализироваться, потому что не будет успевать выходить из пор, до следующего превращения. А на беспористом катализаторе у нас будет идти первая реакция и в результате «текучки» не будет успевать идти следующая реакция.

30. Современные производства серной кислоты работают по методу ДК-ДА –двойного контактирования - двойной адсорбции. Что это дает? Обосновать ответ.

Ответ: Процесс состоит в том, что реакционную смесь охлаждают и направляют в промежуточный адсорбер для выделения SO₃, в оставшемся реакционном газе соотношение О2 к SO2 существенно повышается, что приводит к смещению равновесия вправо. Вновь нагретый реакционный газ снова подают в контактный аппарат на четвертый слой катализатора, благодаря чему достигается степень превращения SО₂ 99-99,9 %,увеличивается интенсивность процесса.

- смещение равновесия

- увеличение выхода процесса

- увеличение скорости процесса

31.Скорость гетерогенной каталитической реакции лимитирует стадия внутренней диффузии. Какое изменение приведет к наиболее эффективному увеличению интенсивности процесса? Обосновать ответ.

Какие еще способы интенсификации процессов, протекающих во внутридиффузионной области, вы можете предложить?

Ответ: r = β(c_f-c_s), где β = D_эфф./(R-r)

r- скорость внутренней диффузии

β- коэффициент интенсивности внутренней диффузии

c_f – концентрация на поверхности твердой частицы

c_s- концентрация на поверхности ядра

D_эфф.- эффективный коэффициент диффузии (зависит от пористости и извилистости) D_эфф.= Dε/τ, где D- молекулярный коэффициент диффузии, ε – пористость, τ – извилистость. Для увеличения β нужно выбирать катализаторы с большой пористостью и малой извилистостью.

R- это радиус частицы

Для интенсификации процесса нужно измельчать частицы катализатора (R уменьшается, а β увеличивается, следовательно, скорость увеличивается).

Также можно увеличить концентрацию в потоке, следовательно, увеличится c_f.

32. Синтез этанола прямой гидратацией этилена C₂H₄ + H₂0 = C₂H₅OH (Δ H‹0) проводится при давлении 8 мПа. Чем вызвана необходимость использовать давление?

Ответ: Для смещения равновесия необходимо повышать давление.

P_общ.=Р_C2H4+Р_H2O+Р_ин.пр.

РН₂О-парциальное давлении паров воды над 85%-ой Н₃РО₄ при 280 С =2,8 МПа,

РС₂Н₄ определяется выбранным соотношением между Н₂О и С₂Н₄ = 0,6 (чтобы этанол получался менее разбавленным, а также не было разбавления катализатора Н₃РО₄) РС₂Н₄≈4,7 МПа

Р_общ ≈4,7+2,8+давление на инертные примеси ≈ 8 МПа

Если Р_общ>8МПа, то произойдёт конденсация водяного пара, разбавление Н₃РО₄ – потеря активности катализатора.

№32(2) В газовой фазе протекает основная (1) и побочная (2) реакции:

А + В ↔ С + D (∆H ‹ 0)

А + 2В→ S

Порядок реакции по компоненту А для основной реакции больше, чем для побочной (n₁ >n₂). Каким приемами можно сместить равновесие основной реакции и увеличить селективность процесса?

Ответ: Для смещения основной реакции в сторону целевого продукта, необходимо понижать температуру, понижать давление системы, также при увеличении концентрации реагента А, скорость основной реакции увеличится в большей степени, чем побочной.

33. Проведение процесса пиролиза нефтепродуктов сопровождается образованием кокса и требует понижения давления в системе. Каким образом реализуется понижение давления реагентов? Обосновать преимущества использования данного приема.

Дата добавления: 2015-04-24