ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Особенности эксплуатации машин и аппаратов в процессах с применением токсичных, взрывоопасных и пожароопасных веществ из "Машины и аппараты с герметичным электроприводом Изд3" Первое упоминание об использовании повышенного давления для ускорения химических процессов содержится в тибетских книгах Ганджур и Жудши, где описывается применяющийся уже много веков прием разваривания минеральных веществ при их нагревании в герметически закупоренном металлическом сосуде. [c.5] Для проведения физико-химических исследований под давлением по заказу В. М. Ломоносова на бывшем Сестрорецком заводе был изготовлен автоклав, пригодный для работы при температуре 120° С, то есть при избыточном давлении 1 кгс/см . [c.5] Ипатьев с учениками исследовал растворимость газов в жидкостях при температуре до 450° С и давлении до 300 кгс/см. Найденные им закономерности используются и в настоящее время. Применив еще в 1901 г. так называемую бомбу Ипатьева, позволяющую вести химические процессы в условиях перемешивания, он установил, что при давлении свыше 100 кгс/см и температуре порядка 450° С в присутствии катализаторов водород присоединяется к высшим ароматическим углеводородам, к каменноугольным смолам и к гудронам, подвергающимся при этом расщеплению. В результате из тяжелых углеводородов получают легкие. Это открытие проложило путь к получению искусственного жидкого топлива методом гидрогенизации тяжелых смол и угля. [c.5] В современной химической, нефтехимической и металлургической промышленностях применение повышенного по сравнению с нормальным давления получило широкое распространение. [c.5] Для газовых систем скорость химической реакции пропорциональна отношению давлений в степени п — 1, где п — показатель порядка реакции, указывающий, сколько видов молекул подвергается изменению. Скорость мономолекулярных реакций, в которых изменению подвергается лишь один вид молекул (п = 1), не зависит от давления, так как я — 1=0. Скорость бимолекулярных реакций (п == 2) пропорциональна давлению, а скорость сравнительно редко встречающихся тримолекулярных реакций п = 3) пропорциональна квадрату давления. [c.6] Влияние повышенного давления в различных процессах проявляется по-разному. Так, в весьма распространенном крекинг-процессе роль повышенного давления сводится главным образом к повышению производительности аппаратуры за счет поддержания основной массы реагирующих нефтепродуктов в жидкой фазе, что благоприятно отражается на увеличении времени контакта и улучшает условия теплопередачи. Применение давления в этом процессе уменьшает также скорость нежелательных реакций, приводящих к излишнему газообразованию, т. е. к потере ценного сырья. В настоящее время основная масса автомобильного бензина получается именно этим методом — крекингом тяжелых нефтепродуктов под давлением около 50 кгс/см . Основной компонент современного высокооктанового авиабензина — алкилат — также получается в результате процесса, в котором давление около 10 кгс/см используется как средство для поддержания-в жидкой фазе смеси реагирующих углеводородов изобутана и бутилена. [c.6] В процессе получения искусственного жидкого топлива путем гидрогенизации мазутов, смол и углей использовалось давление до 700 кгс/см , которое играет весьма существенную роль в улучшении растворимости водорода в реагирующих углеводородах, что способствует повышению скорости реакций гидрирования. Применение высокого давления позволяет в данных условиях повысить температуру вплоть до критической температуры реагирующих углеводородов и тем самым максимально повысить скорость химических реакций. [c.6] В тех случаях, когда реакция протекает с уменьшением объема, при повышении давления химическое равновесие сдвигается в сторону увеличения выхода конечного продукта. В таких реакциях применение повышенного давления в сочетании с использованием достаточно активного катализатора оказывается весьма эффективным. Примерами подобного рода реакций могут служить синтез аммиака, гидрирование диизобутилена с получением изооктана, гидрирование жиров, а также ряд процессов получения искусственного жидкого топлива. [c.6] Процесс изомеризации парафиновых углеводородов идет без изменения объема, т. е. теоретически не требует применения давления. Мало того, в ВНИИнефтехиме экспериментально установлено, что водород тормозит реакцию изомеризации. Тем не менее оказалось целесообразным все же использовать давление водорода, который в еш,е большей мере, чем основной процесс, подавляет крайне нежелательный побочный процесс коксования катализатора. В результате уже при давлении около 20 кгс/см процесс изомеризации парафиновых углеводородов идет хоть и несколько медленнее, чем при атмосферном давлении, но настолько устойчиво, что его оказалось возможным осуществить в промышленности. [c.7] Применение высокого давления всегда приводит к повышению степени использования тепла, так как несмотря на то, что теплопроводность газов непосредственно и не увеличивается, их теплосодержание, отнесенное к единице объема, возрастает пропорционально давлению. Теплопередача через водород при турбулентном режиме, при давлении в сотни атмосфер и теплопередача через металл вполне соизмеримы. [c.7] Интересный пример улучшения условий теплопередачи при повышении давления представляет собой регенерация катализатора в процессе гидроформинга. Эту операцию, сопровождающуюся значительным тепловыделением, приходится проводить не воздухом, а дымовыми газами, содержащими лишь 1 % кислорода, но находящимися под давлением 20 кгс/см . Казалось бы, безразлично, выжигать ли кокс на катализаторе воздухом при атмосферном давлении или дымовыми газами, содержащими 1 % кислорода под давлением 20 кгс/см , так как в обоих случаях парциальное давление кислорода составляет 0,2 кгс/см . При этом скорости процессов должны быть равны. В действительности применение повышенного давления позволяет форсировать процесс регенерации, так как при этом почти в 20 раз увеличивается количество теплоносителя — азота. [c.7] Если эффективность использования повышенного давления в процессах, протекающих с уменьшением объема, не вызывает сомнений, то в вопросе о целесообразности применения интенсивных гидравлических режимов реакционной аппаратуры встречаются противоречивые мнения. Согласно широко распространенной среди технологов пленочной теории Льюиса и Уитмана, турбулентная диффузия практически не участвует в массопередаче через пограничную пленку. Массопередача здесь осуществляется якобы за счет лишь молекулярной диффузии, причем коэффициент диффузии, толщина газовой и жидкой пленки по Льюису и Уитману не зависит от гидродинамических условий процесса. [c.8] Таким образом, эта теория не раскрывает возможности интенсификации диффузионных процессов путем улучшения гидравлического режима аппаратуры. Мало того, последователи этой теории всегда опасаются смешивания конечных продуктов с исходными веществами, т. е. опасаются уменьшения разности концентрации реагирующих веществ и уменьшения скорости реакции в результате интенсивного перемешивания. [c.8] Проведение непрерывных процессов при повышенном и высоком давлении связано с весьма значительными трудностями. Не говоря уже о сложности изготовления прочных аппаратов и трубопроводов, способных противостоять выбранному давлению, особые трудности возникают при эксплуатации оборудования. [c.8] В настоящее время в промышленности используются почти исключительно непрерывные процессы. Это значит, что в реакционные аппараты, находящиеся под давлением, необходимо при помощи насосов и компрессоров или других машин непрерывно подавать значительное количество реагирующих жидкостей и газов. Мало того, во многих процессах обязательно соблюдение весьма интенсивного гидравлического режима работы аппарата, обеспечивающего оптимальные условия массопередачи и теплопередачи, и безградиентные условия протекания химических процессов. Эти условия достигаются за счет интенсивного перемешивания реагирующих веществ, обеспечивающего образование тонких эмульсий, суспензий и пен, равномерно заполняющих весь реактор и полностью исключающих зоны местных перегревов. [c.8] В реакторах емкостью 18 м , применяемых в нефтяной промышленности для сернокислотного алкилирования изобутана непредельными углеводородами под давлением 10 кгс/см , используют встроенный винтовой насос производительностью 10 ООО м /ч при напоре 4,5 м вод. ст. и мощности двигателя 220 кВт. Удельная мощность реактора составляет 220/18 = 12 кВт/м . Насос работает при частоте вращения 500 об/мин. Его удельная быстроходность равна 985, к, п. д. составляет 0,9. Следует отметить, что, несмотря на высокие гидравлические данные насоса при его эксплуатации встречаются большие трудности ввиду весьма значительных нагрузок на специальное торцевое уплотнение вала, диаметр которого составляет 95 мм. Такое уплотнение сложно в изготовлении и обслуживании. Оно требует непрерывной подкачки буферной жидкости с помощью вспомогательной установки, в которой имеется паровой центробежный насос, резервный электронасос, емкости, фильтры и органы автоматического поддержания избыточного давления буферной жидкости. [c.9] Характерной особенностью применяемого здесь герметизирующего приспособления является уплотнение в плоскости, перпендикулярной валу, а не обычно применяемое уплотнение по концентрической окружности, как это имеет место в сальниках. [c.9] Не меньшие трудности возникают при обслуживании уплотнений крупных центробежных насосов для перекачки сжиженных газов. Как правило, крупные центробежные насосы обслуживаются по крайней мере еще двумя насосами. Один из них подкачивает смазку в сальник, другой — гарантирует охлаждение подшипников и сальника. Последний насос должен быть обеспечен водой вне зависимости от ее наличия в водопроводной сети. [c.9] Вернуться к основной статье