Какие приёмы используются для реализации принципа наилучшего использования энергии при проведении процессов при высоких температурах?

Ответ: Высокотемпературные процессы (при t>273К) используют главным образом для изменения физико-хим свойств сырья, а также для интенсификации хим реакций. Эту энергию получают при сжигании различных видов топлива (угля и продуктов его переработки: кокса, доменного и коксового газа, жидкого топлива), непосредственно в технологических устройствах. Необходимо создать: безотходное производство, технологическое комбинирование, комплексное использование сырья, разработка энергосберегающих технологий- агрегатов большой единичной мощности-сконцентрировать энергию, организовать химико-энергетические системы, в которых наряду с продуктом образуется энергия-продукт.Это уменьшит капиталовложения, материалоемкость, увеличит производительность труда, сократится производственная площадь.

В структуре себестоимости стоимость энергии достигает 60%, а степень использования энергии в ХТС не превышает 30%. Следовательно есть тепловые выбросы.Задача: надо уменьшить расход энергии на единицу выпускаемой продукции и сократить потери в окружающую среду.Для этой цели используются следующие приемы:

1. регенерация теплоты, т.е. подогрев входящих потоков нагретыми продуктами реакции.

Это осуществляется:

1) непосредственный теплообмен,

2) через теплообменную поверхность.Но: бывают очень высокие температуры и требуется большая поверхность дорогостоящих материалов, химически-агрессивные среды.

3) При помощи тепловых агентов

2. сокращение тепловых потерь

1) изоляция аппаратов

2) подача исходных реагентов в пространство между катализаторной коробкой и стенкой аппарата

3.принцип противотока

4. организация автотермических процессов, когда количество теплоты, необходимое для нагрева газа до заданной температуры перед входом в реактор, поставляется газом покидающим реакционное пространство

1) регулирование нагрузки на реактор

2) совмещение реакций с разными тепловыми эффектами(получение формальдегида окислительным дегидрированием метанола)

5. энерготехнологические системы: наряду с химическим продуктом производится

энергия.

38. В исследуемой системе реакция аА + вВ ↔ сС (∆Н > 0) идёт в газовой фазе. ∆G⁰₂₉₈ = 60 кДж/моль. Что нужно сделать, чтобы сместить равновесие в сторону продукта реакции?

Ответ: Ле-Шателье: если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, воздействовать извне, изменяя какое-нибудь из условий, определяющих положение равновесия, то в системе усилится то направление процесса,течение которого ослабляет влияние произведенного воздействия, и положение равновесия сместится в том же направлении. -Q, Н>0 увеличиваем температуру, самопроизвольное протекание процесса невозможно, К_р< 1, вводим реагент в избытке

.

39. Какие приемы применяют для реализации принципа экологической безопасности при производстве азотной кислоты? Какие требования предъявляются к отходам, образующимся в химико-технологических системах?

Ответ: Неуклонный рост производства азотной кислоты тесно связан с увеличением объема отходящих газов, а следовательно, с ростом количества выбрасываемых в атмосферу оксидов азота. Оксиды азота очень опасны для любых живых организмов. Некоторые растения повреждаются уже через 1 ч пребывания в атмосфере, содержащей 1 мг оксидов в 1 м воз духа. Оксиды азота вызывают раздражение слизистой оболочки дыхательных путей, ухудшение снабжения тканей кислородом и другие нежелательные последствия.

Хвостовые газы производства азотной кислоты содержат после абсорбционных колонн от 0,05 до 0,2% оксидов азота, которые по санитарным требованиям без дополнительной очистки запрещено выбрасывать в атмосферу.

Радикальное решение проблем очистки хвостовых газов — каталитическое восстановление оксидов азота горючими газами — водородом, природным газом, оксидом углерода, аммиаком. Условия проведения процесса и тип используемого катализатора определяются видом применяемого газа. Восстановление оксидов азота снижает их содержание в очищенном газе до 0,001—0,005%, что обеспечивает санитарные нормы по содержанию оксидов азота в приземном слое воздуха при мощностях производства кисло ты до 1 млн т/год, сосредоточенных в одной точке и при высоте выброса 100—150 м.

На ряде существующих предприятий по производству азотной кислоты под давлением применен метод очистки, в котором восстановителем является природный газ, а в качестве катализатора используется палладий на носителе, в качестве второго слоя катализатора — носитель (оксид алюминия).

На катализаторе протекают следующие реакции:

СН₄ + 20₂→СО + 2Н

СН₄ + 2N0₂→ N₂ + СО₂+H₂O

СН₄ + 4N0 → 2N₂ + Н₂O + СО₂

Метод обеспечивает снижение содержания оксидов азота в выхлопных газах до 0,005%. Теплота реакции используется для получения пара. данный метод очистки органически связан с технологией производства азотной кислоты. Он нашел применение в агрегате, работающем под давлением 0,716 МПа, и в агрегате АК-72.

В качестве восстановителя вместо природного газа применяют также аммиак. Этот метод характеризуется тем, что на алюмованадиевом катализаторе аммиак реагирует только с оксидами азота, т. е. обеспечивает селективное восстановление:

NН₃ + бN0 – 5N₂ + 6Н₂O

Одним из наиболее реальных способов утилизации оксидов азота, обеспечивающих санитарные нормы содержания оксидов азота в приземном слое атмосферы после рассеивания их из выхлопной трубы, является адсорбционно-десорбционный метод, в котором используется непрерывно циркулирую сорбент (силикагель). Разработаны способы адсорбции на молекулярных ситах, промывки кислым раствором мочевины и другими промывными жидкостями.

На современных установках получения азотной кислоты нет постоянных источников сточных вод. Эти установки потребляют большое количество оборотной охлаждающей воды. Растворы, периодически сливаемые из насосов и другого оборудования, например при проведении ремонта, собирают в приямок и нейтрализуют.

Основные требования, применяемые к отходам: 1) должны легко утилизироваться или регенерироваться, 2) должны легко аккумулироваться природными системами.

40. В исследуемой системе основная (1) и побочная (2) реакции протекают в газовой фазе и обратимы в широком диапазоне температур:

А + В ↔ С + D (∆ Н < 0) (1)

B ↔ R + S (∆ H > 0) (2)