Сторінка
2
Макрокінетика процесу
Кінетичні моделі хімічних процесів базуються на загальних відомостях про кінетику окремих реакцій та механізму хімічного процесу. Відомо, що у гетерофазних процесах підвищення температури, як завжди, прискорює процес, а збільшення подачі газу знімає дифузійне гальмування, селективність процесу теж залежить від технологічних параметрів , але визначається на підставі хімічної та кінетичної моделей. Складний механізм окислення гудронів, коли разом з багатьма реакціями поступово створюється якісно новий продукт у вигляді колоідної системи та головними стають властивості бітуму, значно ускладнює висновки про вплив окремих технологічних параметрів. У ряді досліджень пропонуються умовні емпірічні кінетичні рівняння процесу, в яких концентрації продуктів замінюються температурою пом’якшення бітуму.
Більша частина наукових робот по визначенню вплива температури на процес окислення гудронів носить прикладний характер та, головним чином, спрямована на оцінку швидкості процесу та якості товарного продукту. Відомо, що півдвищення температури на 100°С (250-350°С) збільшує швикість окислення у 4-5 разів, але при цьому значно погіршуються якості показники бітуму. Пояснюється це тим, що за такими умовамимайже непомітні реакції з накопиченням кисню у молекулах, зменьшується вміст смол у складі бітума, йдуть реакції глибокого перетворення та створюються карбени, значно зростають швидкості реакції термічного крекінгу з створенням легких побочних продуктів та таке інше.
Температуру процесу вибирають з врахуванням складу сировини у інтервалі 225-250°С, але для гудронів з деяких нафт рекомендують підвищену температуру 275-300°С.
Потік повітря, що підіймається у вигляді окремих пузирьків у рідині, виконує функції окислювального та перемішуючого агенту. Швидкість процесу залежить від його подачі, але вплив цього параметру не такий значний та його змінюють у широкому інтервалі 50-400м3/т. Деякими дослідженнями встановлено, що вплив розмірів окислювальних апаратів пояснюється тим , що при зміні співвідношення висоти та діаметра з 16:1 до 1:1 пузирі повітря інакше розподіляються і проходять через рідинну реакційну суміш.
Показники товарного продукту у значній мірі визначаються складом сировини. Бітуми з гудронів різної глибини дистилятів при вакуумній перегонці вміщують тим більш асфальтенів та мастил, ніж більше легкої сировини залишається у гудроні. Таким чином, склад сировини впливає на якість бітуму. Зіншого боку, якщо окислювати важкі гудрони, ще з додатком асфальтена та мастильних продуктів, вихід бітума стає вищим на 1-2%.
На практиці умови проведення процесу підбирають експерементально чи використовують технологічні рекомендації. Наприклад, для виробництва окремих бітумів з гудронів з температурою пом’ якшення 36-42°C при температурі окислення 250°С та тиску близькому до атмосферного рекомендовано такі умови: для марки БНД 40/60- об’ємна подача сировини 0,25год-1, подача повітря 66 нм3/т; для БНД 90-130 відповідно 0,35 год-1 та 30нм3/т. Вихід продукту залежить від температури пом’якшення бітума: 98%для 45°С; 96% для 52°С; 94% для 70°С, 85% для 120°С (з гудрону з густиною 985кг/м3).
Технологія виробництва бітумів
Технологічна схема бітумної установки повинна забезпечити проектну продуктивність, дати можливість виробляти широкий асортимент бітумів з технічними показниками, відповідаючими вимогам стандартів. На підставі цього вибирають і умови перетворення процесу та технологічне устаткування установки.
Використовують процеси окислення безперервні у реакторах колонного типу чи у змійовиках з довжиною труб 200-300м та періодичні у кубах-ємкостних апаратах. У реакційцній зоні обов’язково необхідно створювати максимальну поверхню реагуючих фаз. Процес буде ефективним при наявності системи відводу тепла реакції та підтримання температури у заданному інтервалі. Якщо окислення має великий інтервальний тепловий ефект, використовують, головним чином, окислювальні колони, де залишок тепла легко відводиться подачою води у верх колони потрібній кількості 30-40кг/т сировини . куби періодичної дії дають можливість доводити показники бітуму до потрібних значень за результатами періодичних аналізів та розширювати асортимент продукції.
Технологічні схеми бітумної установки безперервної дії з окислювальною колоною створюються таким чином, щоб при високих техніко-економічних показниках виробництва максимально зменшити пожаро-вибухобезпечність. З цією метою окислювальна колона заповнюється повністю. Уся реакційна сумішь-рідина разом з повітрям через шламовий штуцер виводиться у окремий газосепаратор, де від бітуму відділяються гази окислення.
Сировину подають у колони через маточник при 250°С нагрівання у рекуперативному теплообмінювачі продуктовим потоком, а потім у трубчатої печі. Подачею сировини підтримують встановленний час окислення 1-4 години. Для подачі повітря у нижній частині колони встановлюють барботери. Подачу повітря та технологічні параметри процесу підтримують такими, щоб вміст кисню у газах був 0,2-4%. Склад газової суміші додатково регулюють подачою водяної пари у верхню частину колони. Для стримування температури реакційної суміші туди ж спрямовують воду.
У схемі передбачається рециркуляція частини бітуму. Це дозволяє регулювати температуру пом’якшення та інші показники продукта. Тиск у апаратах технологічної схеми 0,005-0,030МПа. При розробці схеми вирішується питае очищення газів окислення. Для цього використовують печі з обов’язковою рекуперацією тепла.
Виробництво сірки з технічного сірководню
Теоретичні основи та макрокінетика процесу
Перетворення сірководня у сірку потребує окислення атому S
-2e
S-2 S0
Окисленя виконують киснем повітря. Сірководень сгоряє у повітрі по одному з рівнянь:
2H2S + O2 2H2O + 2S + 527.5кДж (а)
2H2S + 3O2 2H2O + 2SO2 + 1123кДж (б)
В такому ж напрямку сірководень реагує з іншими окислювачами (Cl2, Br2, J2), як потужний встановлювач.
Сірка може не тільки збільшувати валентність, але й зменшувати її
SO2 + 2H2S 2H2O + 3S + 230.5кДж (в)
Реакція зворотня та при визначенні умов підвищення рівноважного вихіду треба враховувати зміну кількості молекул. Сірка, що створюється у газовій фазі знаходиться у вигляді S2, S6 та S8, їх співвідношення в наслідок рівноважних переходів однієї форми у іншу залежить від температури.
До 200°С сірка знаходиться у вигляді S8. Це робить реакцію (в) такою, що йде з зменшенням кількості молекул
Завантажити реферат