Розрахункова робота. Розрахункова робота з Основи промислових технологій та матеріалознавства. Робота № 524247

Перехід до торгівельного партнера Binance

Розрахункова робота

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет водного господарства та природокористування

Інститут:

Не вказано

Факультет:

Не вказано

Кафедра:

Не вказано

Інформація про роботу

Рік:

2013

Тип роботи:

Розрахункова робота

Предмет:

Основи промислових технологій та матеріалознавства

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України Національний університет водного господарства та природокористування Розрахункова робота з дисципліни : «Основи промислових технологій і матеріалознавства» Варіант №3 студентка 1 курсу ФЕіП, групи ОА-11 БабійО.В. Перевірив: Довбенко В.С. Рівне 2013 Зміст I. Теоретична частина 1. Каталітичні процеси….………………………………………………ст.3 2. Паперові матеріали…………………………………………………...ст.9 3. Особливості оформлення комплектів документів на процеси технологічного контролю…….…………….………………………….ст.11 II. Практична частина 1. Розрахунок матеріального балансу технологічних процесів………ст.15 2. Визначення коефіцієнта використання матеріалів………………….ст.18 3. Визначення економічної ефективності технологічних процесів…..ст.22 III. Список використаної літератури………………………………..ст.24 Теоретичне завдання1. Каталітичні процеси Сутність і види каталізу Перші уявлення про каталіз виникли майже одночасно з роз- витком атомної теорії будови речовини. У 1812 р. Кірхгоф описав дію розведених кислот, які прискорюють гідроліз крохмалю до глюкози. У 1835 р. Берцеліус дав загальну назву цього явища, як “каталіз” від грецького слова "каталос" – руйнувати. Каталітичні процеси в даний час складають основу хімічної технології, і область їхнього застосування постійно розширюєть- ся. Зупинимося спочатку на деяких прикладах використання каталізу в хімічній технології. От одна з проблем – “фіксація атмосферного азоту”. За винятком селітри на землі не існує досить великих природних запасів зв'язаного азоту. Але запаси селітри дуже обмежені і не можуть задовольнити потреби людства. Прак- тично невичерпним джерелом вільного азоту є повітря. Але пере- вести молекулярний азот у зв'язаний стан дуже важко. Навіть з киснем він реагує тільки за дуже високих температур. Так спочат- ку і добували – перепускали повітря через вольтову дугу і вилуча- ли оксид азоту (II): N2+O2→2NO. Але цей спосіб вимагає дуже великої кількості електричної ене- ргії. Є інший спосіб – зв'язування азоту з воднем з утворенням аміаку: N2+3N2=2NH3 . Щоб синтез аміаку перебігав із прийнятною швидкістю, треба застосовувати високі температури і тиски. Зі збільшенням темпера- тури збільшується швидкість реакції, але вихід зменшується. Рі- шення було знайдено Ф. Габером (1907 р.) − використовувати для прискорення реакції каталізатори на основі пористого металевого заліза з добавкою оксидів калію й алюмінію. У наші дні каталітич- ний синтез аміаку ведуть за 723 – 773 К і тиску 30 – 35 МПа. Вели- ку роль покликаний відіграти каталіз у рішенні актуальної пробле- ми – охорони навколишнього середовища. За словами Ж. І. Кусто – земна куля нагадує “ автомобіль, який самотньо несеться в косміч- ному просторі без вихлопної труби”. Нам нікуди скидати відходи, крім того середовища, в якому ми живемо. Цю ситуацію Жозеф Бертран охарактеризував так: “Одне з двох: або люди зроблять усе можливе, щоб у повітрі стало менше диму, або дим зробить так, що на землі стане менше людей”. Каталізом називається зміна швидкості хімічних реакцій під впливом речовин – каталізаторів, що беруть участь у процесі, всту- паючи в проміжну хімічну взаємодію з реагентами, але залишають- ся після закінчення каталітичного акта хімічно незмінними. Каталізаторами можуть бути речовини, що знаходяться в ко- жному із трьох агрегатних станів – гази, рідини і тверді тіла. Каталітичні процеси можна розподілити на дві групи: гомогенні і гете- рогенні. Якщо в присутності каталізатора реакція прискорюється, то це явище називають позитивним чи просто каталізом. Якщо реакція сповільнюється, то такі каталізатори називаються антиката- лізатори або інгібітори. Сутність каталізу однакова для всіх його видів – гомогенного, гетерогенного, але кожний з цих видів має свої відмінні риси. У загальному випадку дія каталізаторів, що прискорює хімічні реакції,принципово відрізняється від дії інших факторів, що інтенсифікують хімічні процеси – температура, тиск. Так, при підвищенні температури зростає енергія реагуючих молекул за рахунок теплоти, що ззовні вводиться. В присутності каталізатора енергетичний рівень реагуючих молекул не змінюється. Дія каталізатора не зміщує рівноваги простої реакції, а лише прискорює досягнення рівноваги за даної температури. Для процесів, що відбуваються у кінетичній області, швидкість реакції становить Так як ΔС не змінюється для каталітичної і некаталітичної реакції, то дія каталізатора полягає в підвищенні константи швид- кості реакції. Найбільш розповсюдженою теорією, що слугує осно- вою сучасних уявлень про каталіз, є теорія проміжних сполук. Відповідно до цієї теорії, повільну стадію між вихідними речови- нами можна замінити двома чи декількома більш швидкими стаді- ями за участю каталізатора, що утворить з вихідними речовинами неміцні сполуки (рис. 10.1). Швидкість реакції тим більше, чим менше енергія активації внаслідок експонентної залежності: Розглянемо енергетичну картину реакційної системи, напри- клад, для димолекулярної реакції А+В ⇒R, що відбувається у відсутності каталізатора за схемою A+B⇒AB* ⇒R+… через утворення активного комплексу АB*. Рис. 10.1. Зміна енергії реагуючої системи за некаталітичної (1) і каталітичної (2) реакції: Е – енергія активації некаталітичної реакції; Екат – енергія активації каталітичної реакції; е1 і е2 – енергії активації проміжних стадій У присутності каталізатора перебіг реакції відбувається за кіль- кома елементарними стадіями: А+[kat]=A[kat] . A[kat]+B=AB*[kat]. AB*[kat]=R+[kat]. Технологічні характеристики каталізаторів Активність каталізаторів. Найбільш важливою характе- ристикою каталізаторів є їхня активність −міра дії каталізатора, що прискорює дану реакцію Розглянемо цю характеристику на прикладі окиснення оксиду сірки (IV): 2SO2+O2⇔2SO3–ΔН. Енергія активації при 693 К становить 420000 Дж/моль. На ванадієвому каталізаторі (V2O5): Ek = 268000 Дж/моль. Селективність (вибірковість каталізаторів). Вибірковість дії – найважливіша особливість каталізаторів, що визначила успіх їхнього широкого застосування в ряді галузей промисловості. Особливо важливий каталізатор у виробництві органічних продук- тів, напівродуктів для синтезу полімерів, ВМС, у нафтопереробці, коли селективність дозволяє сильно прискорювати одну корисну реакцію, проводити процес за зниженої температури, загальмувати інші реакції. Селективність визначається рівнянням Для складної реакції типу: З рівняння (10.1) видно, що за деякої заданої температури Т шляхом підбору відповідного каталізатора можна змінювати різницю (E2 – E1) і таким чином створювати можливості для отримання переважно цільового продукту. 10.3. Гомогенний і гетерогенний каталіз Гомогенні каталітичні реакції широко поширені в природі. Прикладом промислових гомогенних каталітичних процесів може слугувати реакція етерифікації, омилення складних ефірів та ін. Механізм каталітичної дії за гомогенним каталізом полягає в утворенні між реагуючими сполуками і каталізатором проміжнихсполук, що у деяких випадках можна навіть їх виділити. Приско- рення реакції в більшості випадків проходить за рахунок зниження енергії активації. За гомогенного каталізу в розчинах каталітичну дію можуть чинити іони водню, гідроксидів, солі, а також речови- ни, що сприяють утворенню вільних радикалів. Каталіз під дією іонів водню чи гідроксиду називають кисло- тно-основним. Цей вид каталізу найбільш розповсюджений. Сут- ність його полягає в переході протона від каталізатора до реагуючої речовини (каталіз кислотами) або від реагуючої речовини до каталі- затора (каталіз основами). Надалі протон переміщається в зворот- ному напрямку і каталізатор регенерується. На швидкість гомогенних каталітичних реакцій впливають багато факторів: активність каталізатора, температура, концентрація каталіза- тора, перемішування. Швидкість багатьох каталітичних реакцій зале- жить від концентрації каталізатора. За малих значень Cкат вихід продук- ту X за даний період часу приблизно пропорційний концентрації каталі- затора, але за подальшого підвищення Cкат крива переходить у загасаючу (рис. 10.2). Рідкофазні каталітичні реа- кції звичайно здійснюють у реакторах з мішалками. Рис. 10.2. Залежність рівноважного ступеня перетворення ХР від концентрації каталізатора Скат при 1>2 Гетерогенний каталіз. Основним недоліком гомогенного каталізу є труднощі виділення каталізатора з продукційної реакцій- ної суміші, у результаті чого частина каталізатора губиться безпо- воротно, продукт забруднюється ним. Тому значно більше поши- рення одержав гетерогенний каталіз. За фазовою ознакою відомі різні види каталізаторів: рідкі каталізатори, що прискорюють реак- ції між рідинами, які не змішуються (з рідинами чи газами), і тверді каталізатори, що прискорюють реакції між рідинами чи газами. Більшість каталітичних реакцій −це реакції газів за участю твердих каталізаторів. З існуючих теорій каталізу загальним для всіх теорійє утворення на поверхні твердого каталізатора проміжної сполуки адсорбційного типу за участю електронів каталізатора. Каталізатори, як правило, являють собою пористі тверді тіла, що мають високорозвинену внутрішню поверхню. Весь каталітич- ний процес на твердому пористому каталізаторі можна подати у вигляді п'яти самостійних стадій: 1. Зовнішня дифузія реагуючих речовин із потоку до поверхні зерна каталізатора (через межовий шар газу). 2. Внутрішня дифузія реагентів в порах зерна каталізатора. 3. Активована адсорбція (хемосорбція) на поверхні каталізатора з утворенням проміжних поверхневих сполук реагент−каталізатор. 4. Перегрупування атомів з утворенням поверхневих компле- ксів продукт – каталізатор. 5. Десорбція продукту з поверхні каталізатора. 6. Внутрішня дифузія продукту в порах зерна каталізатора. 7. Зовнішня дифузія продукту з поверхні зерна каталізатора в ядро потоку (через межовий шар газу). Загальна швидкість сумарного каталітичного процесу лімітується самою повільною зі стадій. Якщо цією стадією є один з дифузійних етапів, то каталіз проходить у дифузійній зоні. Причому розрізняють зовнішньо- і внутрішньодифузійну зони. Якщо повільними є третя чи п’ята стадія, то процес відбувається в кінетичній зоні. Загальне рівняння швидкості каталітичного процесу, що здій- снюється в каталітичній зоні: Де – збільшення кількості продукту в часі; k0 – перед- експоненційний множник у рівнянні Арреніуса; V – насипний об'єм каталізатора; ΔC – рушійна сила процесу за атмосферного тиску; P1– безрозмірний тиск, тобто відношення дійсного тиску до атмос- ферного; n – порядок реакції. У кінетичній зоні відбуваються процеси на малоактивних ка- талізаторах із дрібними розмірами зерен і великими порами за турбулентного режиму потоку реагентів і невисоких температур. Якщо перебіг процесу відбувається в зовнішньодифузійній зоні, то швидкість визначається коефіцієнтом дифузії реагентів і продуктів реакції. За законом Фіка де D – ефективний коефіцієнт дифузії; F – вільна поверхня зерен каталізатора; z – напрямок, перпендикулярний поверхні. У зовнішньодифузійній зоні відбуваються процеси на актив- них каталізаторах. Для прискорення процесу застосовують високі швидкості потоку. У внутрішньодифузійній зоні загальна швидкість каталітичного процесу лімітується швидкістю дифузії реагентів і продуктів реакції в порах зерен каталізатора. Каталітичні процеси у внутрішньодифузій- ній зоні можна прискорити зменшенням радіуса зерен каталізатора і збільшенням радіуса пор. Найважливішими характеристиками каталізатора є: 1. Температура запалювання – мінімальна температура реа- гуючої суміші, при якій процес починає відбуватися з достатньою для практичних цілей швидкістю. Чим активніше каталізатор, тим нижче температура запалювання. Це дуже важливо при проведенні екзотермічних оборотних реакцій типу A⇔R+Q, тому що можна підвищити ступінь перетворення (рис. 10.3). При цьому можна знизити попереднє нагріван- ня реагентів. 2. Час контактування – час зіткнення реагуючих речовин з каталізатором визначається за формулою Рис. 10.3. Залежність ступеня перетворення Х екзотермічної оборотної реакції від температури для каталізаторів брізної активності А2>А1 ,де Vвільн – вільний об'єм каталізатора, м3; Vзаг − об'єм реагуючої суміші, що надходить на каталі- затор за одиницю часу, м3/с. Найчастіше користуються фіктивним часом контактування: де Vкат – об'єм каталізатора, м3; Vзаг − об’єм реакційної суміші, що проходить через каталізатор за одиницю часу. 3. Величина, зворотна часу контакту, називається об'ємною швидкістю – об'єм реакційної суміші, що надходить за одиницю часу через одиницю об’єму каталізатора При збільшенні об'ємної швидкості звичайно зменшується сту- пінь перетворення, однак при цьому зростає інтенсивність роботи апарата, тобто збільшується кількість цільового продукту, який одер- жують з одиниці об'єму каталізатора в одиницю часу (табл. 10.1). Це пояснюється тим, що при збільшенні швидкості потоку реакційна суміш знаходиться далеко від стану рівноваги і рушійна сила ΔС велика. Як приклад наведемо дані про вплив об'ємної швидкості на інтенсивність каталітичного процесу синтезу аміаку: 4. Продуктивність каталізатора виражають у вигляді рівняння: де П – продуктивність каталізатора, кг год-1 м-3; n – мольна частка цільового продукту в газовій суміші; S – об'ємна швидкість, год-1; ρ–густина реагенту за нормальних умов, кг/м3. 5. Отруєння каталізатора – це часткова втрата активності в ре- зультаті дії невеликої кількості речовин, які називаються контактни- ми отрутами. Воно викликається в результаті хімічної взаємодії отрути з каталізатором з утворенням каталітично неактивних сполук. Отруєння може бути оборотним і необоротним. При оборот- ному отруєнні активність каталізатора знижується лише під час присутності отрути в суміші, що надходить. При надходженні чистої суміші сполуки отрути з каталізатором розкладаються, адсорбована отрута відганяється разом із продуктами реакції. Необоротне отруєння є сталим. Отруєний каталізатор необ- хідно заміняти новим, або ж його регенерувати. Найбільш чутливі до отрут металеві каталізатори, особливо благородні метали. Для платинового каталізатора, який застосовується в процесах окисню- вання, отрутою є H2S, сполуки миш'яку, іони металів Pb+2, Cu+2, Sn+2, Fe+3. До отрут каталізаторів гідрування відносяться H2S, PH3, NH3, O2. Активність каталізатора може падати у разі спікання (змен- шується поверхня), або відкладення на поверхні домішок, напри- клад, коксу. 10.4. Властивості твердих каталізаторів, їх виготовлення Промислові тверді каталізатори звичайно не є індивідуальни- ми речовинами. Вони являють собою, як правило, складну суміш, що називається контактною масою. До складу контактної маси входять три складові частини: каталізатор, активатори і носії. Носії термостійкі, інертні, пористі речовини, на яких осадженням чи іншими способами наносять каталізатор. Застосування носіїв по- кращує властивості каталізаторів, здешевлює їх. Як носії застосо- вують пемзу, азбест, силікагель і інші пористі речовини. Активато- ри чи промотори – речовини, які підвищують активність основного каталізатора, наприклад, оксиди лужних металів збільшують актив- ність залізних каталізаторів у синтезі аміаку і ванадієвих каталіза- торів в процесі окиснення SO2. Якість каталізаторів характеризують такими основними пока- зниками: активністю, селективністю, стійкістю до отрути і термо- стійкістю, механічною міцністю, бути дешевим і доступним, тепло- провідністю, яка повинна бути можливо більш високою. Каталізатор звичайно одержують у вигляді зерен, пігулок і гранул. Найчас- тіше каталізатори виготовляють таким чином: 1. Осадженням гідроксидів чи карбонатів (з розчинів їх солей) на носії з наступним формуванням і прожарюванням. 2. Сумісним пресуванням всіх компонентів каталізатора з в’яжучою речовиною. 3. Сплавленням декількох речовин. 4. Насиченням пористого носія розчином, що містить каталі- затор і активатор. 10.5. Апаратурне оформлення каталітичних процесів 10.5.1. Класифікація реакторів для каталітичних процесів (контактних апаратів) Апарати для гомогенних газових реакцій можуть бути каме- рами, колонами, трубчастими теплообмінниками та ін. Контактні апарати повинні працювати безперервно, мати високу інтенсив- ність, забезпечувати режим процесу, близький до оптимального, особливо температурний, мати просту конструкцію і легко обслу- говуватися. Класифікація реакторів для каталітичних процесів: 1. За фазовою ознакою – газофазний, рідкофазний, з твердим чи рідким каталізатором. Більшість промислових процесів здійс- нюють у газовій фазі на твердих каталізаторах. 2. За температурним режимом: адіабатичні, ізотермічні, полі- тропічні. 3. За ступенем змішування розрізняють граничні режими: іде- ального змішування, чи повного змішування, ідеального витіснен- ня, неповного змішування, що фактично існують і характеризують- ся дифузійними моделями. 4. За гідродинамічним режимом зернистого каталізатора з по- током газу: з нерухомим шаром каталізатора (фільтруючим, зі зваженим (киплячим) шаром каталізатора, з каталізатором, який безперервно рухається по усій висоті об'єму. У цю класифікацію не ввійшли апарати поверхневого контак- ту у вигляді труб чи сіток, через які пропускається газ. За поверхневого контакту поверхня каталізатора мала. Тотор звичайно одержують у вигляді зерен, пігулок і гранул. Найчас- тіше каталізатори виготовляють таким чином: 1. Осадженням гідроксидів чи карбонатів (з розчинів їх солей) на носії з наступним формуванням і прожарюванням. 2. Сумісним пресуванням всіх компонентів каталізатора з в’яжучою речовиною. 3. Сплавленням декількох речовин. 4. Насиченням пористого носія розчином, що містить каталі- затор і активатор. 10.5. Апаратурне оформлення каталітичних процесів 10.5.1. Класифікація реакторів для каталітичних процесів (контактних апаратів) Апарати для гомогенних газових реакцій можуть бути каме- рами, колонами, трубчастими теплообмінниками та ін. Контактні апарати повинні працювати безперервно, мати високу інтенсив- ність, забезпечувати режим процесу, близький до оптимального, особливо температурний, мати просту конструкцію і легко обслу- говуватися. Класифікація реакторів для каталітичних процесів: 1. За фазовою ознакою – газофазний, рідкофазний, з твердим чи рідким каталізатором. Більшість промислових процесів здійс- нюють у газовій фазі на твердих каталізаторах. 2. За температурним режимом: адіабатичні, ізотермічні, полі- тропічні. 3. За ступенем змішування розрізняють граничні режими: іде- ального змішування, чи повного змішування, ідеального витіснен- ня, неповного змішування, що фактично існують і характеризують- ся дифузійними моделями. 4. За гідродинамічним режимом зернистого каталізатора з по- током газу: з нерухомим шаром каталізатора (фільтруючим, зі зваженим (киплячим) шаром каталізатора, з каталізатором, який безперервно рухається по усій висоті об'єму. У цю класифікацію не ввійшли апарати поверхневого контак- ту у вигляді труб чи сіток, через які пропускається газ. За поверхневого контакту поверхня каталізатора мала. Тому апарати такого типу застосовують для швидких екзотермічних реакцій на високоактивних каталізаторах (рис. 10.4). У корпусі апарата розміщені одна над одною декілька сіток, виготовлених з активного для даної реакції металу чи сплаву. Час контакту становить тисячні і менше частки секунди. Ці апарати прості за будовою і високопродуктивні (окиснювання аміаку на платино-родієвих сітках, окиснювання ізопропілового спирту до ацетону, окиснювання ацетону до формальдегіду на срібних сітках). Апарат з фільтруючим шаром каталізатора – найбільш розповсю- джений тип реактора. У цих реакто- рах шар каталізатора чи декілька шарів лежать на решітчастій опорі або завантажені в труби і через неру- хомий шар каталізаторів перепуска- ється суміш реагуючих газів за режи- му, близькому до ідеального витіс- нення. Чим вище шар каталізатора, тим менше позначається осьове пере- мішування, тим більше можна засто- сувати до розрахунку реактора модель ідеального витіснення. Каталізатор має форму зерен, пігулок і гранул розміром 4- 5мм, тому що більш дрібні частиночки різко підвищують гідравліч- ний опір шарів каталізатора. 10.5.2. Принципи теплообміну в контактних апаратах і вузлах Існують різні способи, а також різні пристрої, за допомогою яких забезпечується і підтримується оптимальний температурний режим − найважливішої умови роботи всього контактного вузла. Способи досягнення оптимального температурного режиму такі: −адіабатичні шари каталізатора з проміжним теплообміном; −додавання холодного реагенту між шарами каталізатора; −одночасна циркуляція реагенту з інертним холодоагентом; −непрямий теплообмін; −прямий теплообмін; −теплообмін у зваженому шарі каталізатора. При підтриманні оптимального температурного режиму кож- ного хімічного процесу враховують умови рівноваги і кінетики перебігу хімічних реакцій, селективність за цільовим продуктом, термічну стійкість конструкційних матеріалів апаратів та каталіза- торів тощо. В адіабатичному режимі роботи реактора теплообмін з до- вкіллям відсутній, тому для створення оптимального теплового ре- жиму послідовно з’єднують декілька реакторів і після кожного з них передбачають нагрівання або охолодження реагентів. Одним з найбільш розповсюджених типів контактних апара- тів є поличні контактні апарати (рис. 10.5). Рис. 10.5. Типи теплообміну за проведення каталітичних процесів: а – зовнішні теплообмінники; б – поличний контактний апарат з уведенням холодних реагентів між шарами каталізатора і зміною температури в ньому за шарами каталізатора; в – поличний контактний апарат з охолодженням реагентів холодоагентом; г – поличний контактний апарат з охолодженням холодоагентом вихідних реагентів і продуктів реакції; д – подвійна теплообмінна трубка; е – поличний контактний апарат з киплячим шаром каталізатора і внутрішнім теплообмінником; А, В – вихідні реагенти; D – продукти реакції; Х – холодоагент Принципова схема поличного контактного апарата для пере- бігу екзотермічної реакції наведена на рис. 10.6. Рис. 10.6. Поличний контак- тний апарат з теплообмінни- ками між шарами: 1 – решітки; 2 – внутрішній теплообмінник; 3 – перего- родка; І, ІІ, ІІІ, ІV – перший, другий, третій, четвертий шари каталізатора (за рухом газу); А – газ із теплообмінни- ка; Б – газ у теплообмінник Між дірчастими полицями, на яких розташовані шари каталізатора, розміщені теплообмінники. В апаратах такого типу висота шару каталізатора, що знаходиться нижче більше ніж розташованого над ним, а висота теплообмінників зменшується, тому що в міру зростання загального ступеня перетворення швидкість реакції знижується, і відповідно знижується кількість теплоти, що виділилася. У міжтрубний простор теплообмінників послідовно знизу вверх надходить свіжий газ, що охолоджує продукти реакції, і нагрівається при цьому до температури запалення каталізатора. Процес у контакт- ному апараті можна зобразити графічно (рис. 10.7). Контактні апарати з проміжним охолодженням унаслідок уведення холодних реагентів застосовують для здійснення екзотермічних оборотних процесів, коли один із реагентів є дешевим і можна застосовувати його надлишок (повітря, вода тощо). У каталітичній конверсії оксиду вуглецю () за реакцією: Охолодження реакційної суміші здійснюється водою (рис. 10.8). У великомасштабних виробництвах використовуються кон- тактні апарати великих розмірів (до 18 м у діаметрі). Встановлення внутрішніх теплообмінників, що складаються з тисячі труб, значно ускладнює конструкцію й затрудняє обслуговування, особливо заміну прогорілих труб. Тому застосовують контактні апарати з виносними теплообмінниками. У деяких процесах проміжне охолодження можна здійснити введенням одного з реагентів між стадіями контактування (азото- воднева суміш при синтезі аміаку). Рис. 10.7. Залежність ступеня перетворення від температури (а) в поличному контактному апараті і від часу (б) для триступеневого контактування: 1, 2, 3 – адіабати;4, 5, 6 − лінії охолодження газу в теплообмінниках; ΔХ1>ΔX2>ΔX3−ступінь перетворення в апаратах за час Δ1<Δ2<Δ3 відповідно апаратам 1, 2, 3; Х1, Х2, Х3 – загальний ступінь перетворення за час 1, τ2, τ3 Взагалі екзотермічні реакції потрібно проводити відповідно до лінії оптимальних температур (ЛОТ), але здійснити це дуже складно. Деяким наближенням до лінії оптимальних температур є проведення процесу в реакторі витіснення, що знаходиться всередині теплообмінної трубки. Таку конструкцію мають трубки Фільда (застосовуються в колонах синтезу аміаку). Рис. 10.8. Контактний апарат з уведенням холодного реагенту (води) між шарами каталізатора: 1 – полиця з каталізатором; 2 – випарник; 3– тепло- обмінник; 4 – перегородка 138 і ΔT велика, теплоти виділяється більше, ніж необхідно. Якоюсь мірою цей недолік можна усунути в реакторах з подвійними тепло- обмінними трубками. Однак усі контактні апарати з фільтруючим шаром каталізатора мають недоліки, які властиві фільтруючому шару і які затрудняють подальшу інтенсифікацію процесу (рис.10.9). Недоліки фільтруючого шару: 1. Можна застосовувати тільки великі зерна чи гранули ка- талізатора, інакше різко зростає гідравлічний опір; внутрішня поверхня частиночок каталізатора мало використовується. 2. У процесі роботи каталізатор злежується, у результаті під- вищується гідравлічний опір, порушується рівномірність розподілу газу, знижується каталітична активність. 3. Пористі зерна каталізатора мають низьку теплопровідність і швидкість тепловіддачі від шару до поверхні теплообміну дуже мала, тому неможливе інтенсивне відведення теплоти. Якщо всере- дині шару розташувати теплообмінник, то через малу теплопровід- ність каталізатор поблизу теплообмінника згасає. 4. Важко підтримувати оптимальний температурний режим. 5. Неможлива безперервна регенерація каталізатора. а б аТ 139 10.5.3. Апарати зі зваженим (киплячим, псевдокиплячим) шаром каталізатора Цей тип апаратів дозволяє усунути недоліки фільтруючого шару. Звичайно застосовується дрібний 0,1 – 2 мм каталізатор. Зов- нішній вигляд шару нагадує киплячу рідину, він також пронизаний бульбашками газу (рис. 10.10). За ступенем перемішування апарат наближається до моделі ідеального його змішування, перевага – це підвищення продуктивності каталізатора. Головний недолік – зниження рушійної сили процесу внаслідок повного перемішування газу, а також проходження газу через шар завислого каталізатора у вигляді великих «бульбашок». Реактори з рухомим каталізатором застосовують для парофа- зного крекінгу нафтопродуктів, але можуть використовуватися і в інших процесах каталізу, де потрібна безперервна циркуляція каталізатора між реактором і регенератором. Теоретичне завдання 2. Паперові матеріали Свою назву цей листовий матеріал дістав від свого попередника папірусу на якому писали ще в древньому Єгипті. Папером називають волокнистий листовий, переважно рослинного походження, матеріал з масою їм² від 4 до 250г. На відміну від паперу картон має більшу масу. Властивості паперу залежать від властивостей сировини. Сировина для виробництва паперу Для виготовлення паперу та картону використовують різні види волокнистої сировини: деревину, солому, комиш, очерет, ганчір'я, макулатуру, штучні синтетичні, мінеральні та інші волокна тощо. Вихідну сировину піддають хімічній обробці для отримання напівфабрикатів:целюлози, напівцелюлози, деревної маси та напівмаси з ганчір'я. Целюлозу варять з подрібненої рослинної сировини. Вона буває сульфатною та сульфітною. Сульфатну целюлозу варять у розчині, основними компонентами якого є їдкий натрій (NaOH) і сульфід натрію (Na,S). Сульфітну целюлозу варять із знесмоленої хвойної деревини у розчині, основними компонентами якого є водний розчин SO, і бісульфіти кальцію та магнію. У такому процесі більший вихід целюлози, а з відходів отримують етиловий спирт, кормові дріжджі тощо. Сульфатна целюлоза має бурий колір, а сульфітна — жовтувато-синій. У такому виді вона не придатна для виробництва багатьох видів продукції. Тому її відбілюють хлорним вапном, гіпохлоридами кальцію та натрію тощо. Небілену сульфатну целюлозу використовують для виготовлення обгорткового, кабельного, конденсаторного, телефонного та інших видів паперу. Небілену сульфітну целюлозу використовують для виготовлення паперу високої міцності, шпалерного,перфокарточного,палітурного тощо. В залежності від умов варки вона буває жорстка (Ж), середня (С) та м'яка (М). Її випускають таких марок: Ж-1 — для різних видів паперу високої міцності; Ж-2 — для підпергаменту та перфокарточного паперу; Ж-3 — для типографського паперу №3 та газетного; Ж-4 — для шпалерного паперу, спеціальних пакувальної паперів та картону; С — папір для письма, обкладинковий та картинковий; М — для поглинаючого паперу. Сульфітну білену целюлозу випускають таких марок: А-0 — високоякісна целюлоза для різних видів паперу; А-1 — для паперу високозахисної друкованої та тонкої типографії; А-11 — основа для крейдування, основа для світлочутливого паперу та форзацна; Б-11 — для спеціального пакувального паперу, кольорового та покривного шарів картону; С-11 — для картографічного паперу, вищих сортів паперу для письма, літографічного та офісного; С-111 — для паперу тютюнового виробництва. Сульфатну небілену целюлозу випусакють марок: EJ-1, EJ-2, та EJ-3 для конденсаторного та кабельного паперу. Сульфатну білену целюлозу випускають марок АС-0, АС-1, АС- 11 та БС для виготовлення вищих сортів картографічного паперу та паперу для друку, креслярської прозорої, тонкої високоміцної осно ви пергаменту, паперу санітарно-побутового призначення, різних видів пакувального паперу та покривних шарів картону. Напівцелюлозу отримують неглибокою хімічною переробкою ви- хідної сировини з наступним подрібненням на млинах. Вона буває:небіленою — для виробництва гофрованого, тарного та толевого картону, деревоволокнистих плит та грубого пакувального паперу; біленою — для виробництва типографського, газетного та інших видів паперу. Деревну масу виготовляють перетиранням деревини в спеціальної машинах — дефібрерах. Вона буває: білою — з хвойних порід, осики, тополі тощо. З неї виготовляють папір для письма, газетний, афішний тощо. Випускають таких марок: А — для газетного паперу; Б — для типографського паперу №3, білетного та афішного; В — для типографського паперу №2, обкладинкового та паперу для письма; Т — для виготовлення шпалерного та мундштучного паперу; Д — для виготовлення картонів(крім будівельних). бурою — з попередньо пропареної деревини. З неї виготовляють картон та пакувальний папір; хімічною — з попередньо пропареної та хімічно обробленої деревини. З неї виготовляють газетний типографський папір та картон. Напівмасу з ганчір'я отримують хімічною обробкою та механічним розділенням ганчір'я на волокна. Виготовляють високосортні та спеціальні види паперу (банкнотний, для поштових і колекційних марок, для марок акцизних зборів, для акцій та векселів тощо). Макулатура — вторинна сировина у вигляді відходів паперу та картону. Її використання дозволяє у 2-3 рази зменшити затрати на виробництво паперу. Одна тона макулатури економить 3,0...4,5 м³ деревини. В залежності від композиції та кольору поділяють на групи і марки. Група І: БМ-1 — промислові відходи білого паперу без друку; БМ-2 — промислові відходи білого паперу без друку та з легким друком; БМ-3 — друкарський; БМ-4 — книжково-журнальной та архівний; БМ-5 — кольоровий папір; БМ-6 — пакувальний папір; БМ-7 — обгортковий папір; БМ-8 — паперові мішки. Група II: КМ-9 — промислові відходи картону всіх кольорів; KM-10 — ящикова тара; KM-11 — коробкова тара; KM-12 — гільзи, втулки. Паперово-картонна продукція Папір і картон виготовляють з розмелених волокнистих речовин, води, наповнювачів, барвників і проклеюючих речовин. Наповнювачі (мінеральні речовини) поліпшують властивості паперу — надають йому гладкості, м'якості, непрозорості, роблять його білим тощо. Для кожного виду паперу додається оптимальна кількість певного наповнювача. Основні з них: Каолін — один з найважливіших наповнювачів паперу та картону; Тальк — (3Mg0*4Si02*H20) — надає паперу м'якості, безшумності, підвищує абсорбцію друкарських фарб, але створює пил; Крейда — надає паперу білизну більшу ніж каолін або тальк, непрозорість, м'якість; Сірчаний барій (BaSOJ— поліпшує білизну паперу, зменшує його прозорість і надає блиску; Діоксид титану (ТЮ2) — викорисовують при виробництві дуже якісного непрозорого паперу. Для виробництва паперу використовують знесолену, без запаху та кольору воду. Особливі вимоги ставлять для води, яку використовують для виробництва технічного паперу. Для виробництва 1 тонни

Розрахункова робота Основи промислових технологій та матеріалознавства

sasha1

26.05.2013 19:05-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись