Особенности исследования кинетики промышленных процессов

ОСОБЕННОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ КИНЕТИКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРОЦЕССОВ [c.266]

Кинетическое моделирование газофазного окисления метана при высоких давлениях и умеренных температурах, вне области высокотемпературного воспламенения, проводилось главным образом в связи с исследованием кинетики и механизма трех наиболее перспективных для промышленной реализации процессов парциального окисления метана в метанол и формальдегид (ПОММ), парциального окисления метана в синтез-газ и окислительной конденсации метана в этан и этилен. Поскольку последний процесс по сути является гомогенногетерогенным процессом, его рассмотрение без одновременного теоретического анализа кинетики газофазных реакций представляется нам нецелесообразным, поэтому этот материал включен в раздел 7.4.3. Соответственно основной материал данной главы посвящен кинетическому анализу первых двух процессов, преимущественно процесса ПОММ, для которого в настоящее время имеется достаточно обширный материал по моделированию практически важных условий проведения процесса и сравнения расчетов с результатами конкретных экспериментов. Мы полагаем уместным еще раз подчеркнуть, что при сопоставлении опубликованных в литературе результатов экспериментальных исследований с кинетическими расчетами очень часто большие трудности вызывает отсутствие в публикуемых материалах многих параметров эксперимента, крайне важных для его адекватного моделирования. В первую очередь это касается конструктивных особенностей экспериментальной аппаратуры, определяющих процессы тепло- и массообмена, характер течения реагентов, процессы их перемешивания, а также процессы взаимодействия реагентов и продуктов реакции с поверхностью. [c.187]

Несмотря на то что кинетика простых химических реакций не зависит от масштаба эксперимента, это не дает оснований непосредственно переносить результаты лабораторных исследований на промышленные установки. Любой реальный химический процесс, особенно протекающий в больших масштабах, всегда сопровождается переносом реагирующих веществ и продуктов реакции с одновременным выделением или поглощением тепла. Эти процессы сложным образом зависят от величины и геометрии реактора. В итоге протекание процесса сильно зависит от масштаба реактора. Так, при увеличении его диаметра возможно снижение эффективности, уменьшение выхода основного продукта и образование нежелательных побочных продуктов, которых не было при лабораторных исследованиях. Практически это означает, что для переноса результатов лабораторных исследований в масштаб завода надо в несколько этапов воспроизводить исследуемый процесс, переходя от меньших масштабов к большим, проходя через этапы пилотных и полупромышленных установок. При этом должны быть выдержаны постоянными критерии подобия — безразмерные величины, составленные из комбинаций различных физических величин. [c.322]

С развитием математического моделирования процессов и реакторов и исследованием с помощью математических методов динамических процессов нестационарной кинетики математика сделалась органическим вплетением в логические основания и химии, и химической технологии. И если в настоящее время учение о химических процессах называют и химической физикой (школа И, Н. Семенова), и физической кинетикой, то цементирующим элементом в системе, которая включала в себя химические и физические представления о химико-технологическом процессе, является скорее всего именно математика. И что особенно интересно и важно — это то, что в этой системе происходит развитие одновременно и параллельно и химических, и физических, и технических, и математических знаний. Дело в том, что решение кинетических задач оказалось невозможным в рамках классической теории дифференциальных уравнений. Сложный нелинейный характер протекания химических процессов выдвинул ряд новых задач, решение которых обогатило собственно и математику. В последние несколько лет создалась новая дисциплина, пограничная между математикой и химией, а фактически между математикой и теорией химической технологии, которая призвана решать задачи химии в основном в связи с созданием промышленного химического процесса, — математическая химия, призванная служить надежным теоретическим основанием учения о химических процессах. [c.163]

Разработка процесса и, особенно, выбор катализатора продолжаются непрерывно. В этих работах учитываются результаты всесторонних исследований кинетики реакций гидрокрекинга и исчерпывающие характеристики катализаторов с точки зрения как физико-химических и механических свойств, так и возможностей промышленного их внедрения. [c.4]

Со времени выхода в свет первого издания этой книги прошло свыше двух десятилетий. За этот период наука о процессах и аппаратах химической технологии получила значительное развитие. Особенно ярким событием в науке явилось применение метода математического моделирования к анализу и оптимизации процессов химической технологии ири помощи ЭВМ. Этот метод, как известно, позволил значительно развить теорию химических реакторов и обеспечить быстрейший переход от лабораторных исследований к промышленному производству. Использование методов математического и физического моделирования (теории подобия) служит хорошей основой для дальнейшего обобщения экспериментальных данных, особенно в области кинетики основных процессов химической технологии и моделирования химической аппаратуры. [c.7]

С другой стороны, интегральные проточные реакторы по условиям своей работы близки к промышленным аппаратам и удобны для освоения промышленных процессов в небольших масштабах. Это обстоятельство отнюдь не маловажно при проведении прикладных исследований, когда кроме чисто химических и расчетных данных необходимо выявить технологические особенности процесса, получить образцы целевого продукта, сведения о длительности работы катализатора и качестве целевого продукта и т. п. Поэтому стадия модельной установки с проточным реактором является обязательной в разработке промышленных гетерогенно-каталитических процессов. Целесообразно использовать эти реакторы для получения данных по кинетике для расчета и проектирования промышленных реакторов. Одним из таких приемов является вышеупомянутый метод экспериментального поиска оптимума процесса на реакционной трубке промышленного размера. Там, где это непригодно, можно применить различные приемы анализа кинетических закономерностей. Хотя эти методы во многом несовершенны, однако при применении современной машинной вычислительной техники постановка опытов на проточных интегральных реакторах может дать большой объем информации, позволяющий составить математическое описание процесса с большой степенью надежности и тем самым решить задачу перехода от ла [c.345]

Эти процессы лежат в основе многочисленных промышленных способов получения широкого ассортимента кислородсодержащих соединений — гидропероксидов, спиртов, фенолов, альдегидов, моно- и поликарбоновых кислот и других продуктов. Особенно бурное развитие за последние 20—30 лет получили разработки крупнотоннажных производств ароматических моно- и поликарбоновых кислот, обусловленные прогрессом в области исследований кинетики и механизма каталитических реакций окисления углеводородов в жидкой фазе, моделирования процессов и создания эффективной реакционной аппаратуры. [c.7]

Метод меченых атомов приобрел большое значение во многих областях науки. Особенно широко он используется в биологии и медицине. Радиоактивные изотопы нашли также широкое применение при изучении ряда важнейших проблем химии и физики. В настоящее время известны работы по применению радиоактивных изотопов при исследовании реакций изотопного обмена, изучении строения и прочности молекул, при исследовании механизма и кинетики химических реакций, механизма катализа, адсорбции, диффузии, трения, при изучении проблем аналитической химии, электрохимии и т. д. За последнее время меченые атомы начали применяться для исследования и контроля промышленных процессов. [c.337]

Научные исследования в области кинетики и механизма реакций являются основной базой усовершенствования химического производства. Стоимость промышленного процесса и качество продукции (особенно, в производствах органической химии) находятся в прямой зависимости от методов получения и обработки продукции, а правильный выбор последних может быть сделан только в том случае, если теоретические основы всех стадий производства совершенно ясны. [c.23]

Во-вторых, весь материал, положенный в основу книги, получен с помощью единого метода — метода вращающегося диска, щироко применяемого теперь во многих лабораториях Москвы, Ленинграда, Еревана, Красноярска, Иркутска, а также за рубежом при исследовании кинетики гетерогенных реакций, в том числе и теоретических основ промышленных гидрометаллургических процессов. В определенных разделах книги подробно обсуждены достоинства и недостатки этого метода. Первые позволили внести значительный элемент новизны в трактовку важнейших, в том числе наиболее полно изученных другими методами процессов, вторые в некоторой степени ограничили возможность полного использования полученных результатов на практике в силу недостаточной изученности всех особенностей работы промышленных аппаратов. Тем не менее даже в этих случаях метод вращающегося диска позволяет четко установить влияние ряда переменных факторов на скорость протекания промышленных процессов. [c.3]

В настоящем издании собраны все основные работы Андрея Владимировича Фроста по кинетике и механизму каталитических превращений углеводородов. Эта группа исследований занимала основное место в научной деятельности А. В. Фроста, особенно в последнее десятилетие его жизни. Тесно сочетая эти работы с термодинамическими экспериментальными исследованиями и расчетами, А. В. Фрост одновременно связывал их с процессами каталитической переработки нефтепродуктов, стремясь к более глубокому их пониманию с целью дальнейшего совершенствования промышленных методов, в развитии которых он принимал непосредственное участие. Особенно большое внимание в работах А. Б. Фроста уделялось каталитическим превращениям органических соединений на искусствен-пых алюмосиликатах и природных глинах эти исследования имели целью теоретическое обоснование промышленных процессов и служили одновременно основой для развития оригинальных взглядов А. В. Фроста на проблему происхождения нефти. Труды А. В. Фроста по этому вопросу также включены в настоящий, том. [c.3]

Исследование кинетики гетерогенных каталитических процессов обычно заканчивается нахождением уравнений, удовлетворительно описывающих зависимость скорости процесса от концентрации и температуры. При этом принимается, что сопутствующее процессу изменение состава газовой фазы и температуры не оказывает влияния на состав катализатора. Однако это положение в каждом отдельном случае должно проверяться. Вейс с сотрудниками еще в 1923 г. опубликовал работу [1], в которой показано, что катализатор из пятиокиси ванадия в процессе окисления бензола кислородом воздуха восстанавливается до низших окислов. При этом степень восстановления его зависит от соотношения количеств бензола и кислорода в исходной смеси. Нами проведено исследование состава катализатора из пятиокиси ванадия по длине слоя в промышленном реакторе после длительного окисления на нем нафталина во фталевый ангидрид. В начале слоя катализатор на 50% был восстановлен до низших окислов [2]. При этом наблюдалось, что такое изменение состава приводило к изменению его производительности и, что особенно важно, к снижению избирательности по фталевому ангидриду и повышению — по малеиновому ангидриду. Исследование кинетики в таких случаях весьма затруднено. Говорить о выводе кинетического уравнения для этого процесса, т. е. о нахождении зависимости скорости процесса от концентраций и температуры, без учета изменения состава катализатора в нроцессе работы не приходится. [c.329]

За прошедшие с тех пор годы появилось много работ по кинетике дегидрирования бутана, бутилена, изопентана и изоамилена на разных катализаторах, а также по кинетике зауглероживания и регенерации катализаторов в рассматриваемых процессах. Особенно широко исследовались процессы окислительного дегидрирования парафинов и олефинов. Эти исследования показали экономическую целесообразность промышленного использования процессов окислительного дегидрирования. [c.3]

В конце XIX в. развитие промышленности (в особенности металлургической) вызывало глубокое изучение процессов горения в направлении исследования механизма горения углерода и разработки методов управления процессом горения. Вследствие широкого применения газообразного топлива в промышленных печах и двигателях внутреннего сгорания стало необходимым обратить самое серьезное внимание на вопросы кинетики горения. [c.6]

Важные исследования в области кинетики полимеризации проведены Б. А. Долгоплоском, научная деятельность которого прежде всего связана с промышленностью синтетического каучука [138]. Большой цикл его работ посвяш,ен окислительно-восстановительному инициированию цепных радикальных процессов полимеризации, структурирования и деструкции полимеров. Показано, что окислительновосстановительные системы являются мощным источником радикалов при низких температурах (до —50° С). Особенно оригинальна система, состоящая из гидроперекиси, сульфита и гидрохинона, реализованная в крупном промышленном масштабе на заводах, производящих СК для получения эмульсионных каучуков [138]. Накопленный экспериментальный материал по изучению реакций свободных радикалов в растворах позволил Б. А. Долгоплоску с сотрудниками установить связь между структурой свободных радикалов и их относительной релаксационной способностью в реакциях передачи цепи, сопровождающихся разрывом связей С—Н или С—С [139]. [c.44]

Работа посвящена исследованию макрокинетики адсорбционных взаимодействий в высокодисперсных системах, образованных природными адсорбентами с неполярными и полярными жидкостями. Уделено внимание математическому описанию и моделированию процессов адсорбционной регенерации масел. Исследована кинетика осветления соков бентонитами. На основе выявленных кинетических особенностей контактной адсорбции из жидкостей предложены методы оптимизации соответствующих процессов промышленного применения природных адсорбентов. Лит. — 4 назв., ил. — 1. [c.236]

С этой точки зрения нам представлялось целесообразным написание данной монографии, обобщающей наши исследования по влиянию грайитационных сил на структурные особенности и важнейшие характеристики кипящего слоя и на пути масштабного перехода от лабораторных исследований к промышленному осуществлению процесса. Как нам представляется, отталкиваясь от этой модели, удалось внести ясность в причины и характер изменения внутренней гидродинамики кипящего слоя при масштабном переходе и получить ряд новых эмпирических корреляций для влияния масштаба на перемешивание, теплообмен, движение тел и кинетику каталитических процессов. [c.285]

В 1958 г. был основан Институт электрохимии Академии наук СССР. Основатель института — Александр Наумович Фрумкин (1895—1978). Работы А. Н. Фрумкина в основном посвящены поверхностным явлениям и электрохимии. Он развил исследования двойного электрического слоя на границе металл—раствор и в связи с этим изучал адсорбцию ионов, показав, что электрическое поле оказывает влияние на адсорбцию. В 30-х гг. ученый перешел к изучению кинетики электрохимических процессов, вывел ряд закономерностей, объясняющих изменение электродного потенциала от двойного электрического слоя и природы ионов электролита. Результаты этих исследований нашли применение в различных областях народного хозяйства, особенно в промышленности источников тока, и легли в основу ряда современных методов анализа. В Коллоидоэлектрохимическом институте вели исследования и другие видные электрохимики во главе [c.299]

В процессе изучения кинетики реакции оказалось, что ряд наиболее интересных для практики аминов, особенно производных и-фенилендиамина, которые используются в качестве промышленных антиозонантов, реагирует с озоном очень быстро, и описанные в главе 2 методики оказались непригодными для измерения констант скоростей этих реакций. Для измерения скоростей таких сверхбыстрых процессов была разработана специальная методика, в основу которой были положены исследования кинетики и механизма реакции трибутилтиомочевины (ТБТМ) и ее аналогов с озоном [29]. [c.289]

Для исследования кинетики процесса крашения создание определенного режима перемешивания является важным, но трудно осуществляемым условием. Опыты с разными волокна--ми показали, что это приобретает решающее значение. Но аппарата, полностью удовлетворяющего этим условиям, еще не создано в промышленных типах дайометров, мешалка которых заставляет раствор красильной ванны проходить через неподвижный окрашиваемый материал и колориметрическую камеру, скорость выбирания зависит от особенностей самого аппарата. Поэтому можно сравнивать между собою только те опыты, которые проводились на одних и тех же дайометрах. [c.323]

Развитие применения. этого метода в исследовании бактериального выщелачивания металлов до настоящего времени сдерживается недостатком экспериментальных данных по кинетике протекания узловых реакций этого процесса и, в особенности, целенаправленных экспериментов по определению динамики поведения возможных переменных модели. В некоторых работах есть полноценные зерна будущих моделей Панин с соавторами [27] установили кинетику окисления сульфидных минералов Имаи [17] приводит кривые роста бактерий, изменения кислотности среды, выщелачивания сульфидных минералов и накопления окисного железа на средах с бактериями без них для различнйх начальных концентраций сульфидов. Однако, чтобы получить адекватную математическую модель, пpигoднy o для оптимизации и управления промышленными процессами, необходимы совместные усилия микробиологов, математиков и инженеров. [c.165]

Дальнейшее развитие учения о катализе шло как по пути накопления экспериментальных данных, разработки способов приготовления активных катализаторов, открытия и изучения новых каталитических процессов, внедрения катализа в химическую промышленность, так и по пути развития теории гетерогенного катализа. Однако успехи теоретиков были значительно более скромными, чем успехи экспериментаторов. И это не случайно. Хотя принципиальной разницы между каталитическими и некаталитическими процессами нет, и те и другие подчиняются основным законам химической кинетики, в обоих случаях система реагирующих веществ проходит через некоторое особое, обладающее повышенной энергией активное состояние, в гетерогенных каталитических реакциях наблюдаются специфические особенности. Прежде всего появляется твердое тело, от свойств и состояния которого существенно зависят все явления в целом. Поэтому не случайно, что успехи теории гетерогенного катализа неразрывно связаны с развитием теории твердого тела. Поскольку процесс идет иа поверхности, знание строения поверхности катализатора оказывается решающим для развития теории катализа. Отсюда вытекает тесна я связь развития теории катализа с развитием экспериментального и теоретического изучения адсорбционных явлений. Сложность кетероген-ных процессов, присущие им специфические черты, приводят к тому, что теоретические исследования в этой области не завершилась еще построением теоретических концепций, на базе которых можно было бы обобщить имеющийся фактический ма-териал. Пока можно только говорить о наличии нескольких теорий, в первом приближении обобщающих те или иные экс- периментальные данные. [c.294]

В результате тщательного изучения химизма, кинетики и термодинамики процесса превращения метилового спирта в формальдегид Орлову удалось достичь устойчивых выходов последнего (48,45—49,25%), считая на вошедший в реакцию спирт. В 1908 г. Орлов издал специальную монографию, освещающую вопросы получения формальдегида [75]. Значение этой монографии было так велико, что уже через полтода после выхода в свет на русском языке она была издана в немецком переводе в Германии [81]. Роль Орлова в истории производства формальдегида после его работ в этой области высоко оценивается всеми опе-ц иалистами. Особенно его работы стали известны в связи с широким промышленным использованием фенолоформальдегидных смол для изготовления пластмасс. Характеризуя бурное развитие исследований в области получения формальдегида, Ванино и Зейтер в своей широко известной монографии [82] указывают Однако история рационального производства формальдегида начинается впервые с интенсивных исследований Е. И. Орлова . [c.63]

Ряд промышленно важных процессов проводят в газовой фазе на твердых катализаторах при давлениях 100-800 кг/см (синтез аммиака и метанола, метанирование окислов углерода и др.). Исследование катализаторов и кинетики реакций при высоких давлениях в лабораторных условиях сопряжено о некоторыми особенностями, которые следует учитывать при выборе метода испытаний и конструи- [c.218]

До настоящего времени основная информация о процессах переработки тяжелых нефтяных фракций пос--тупает с проточных интегральных реакторов, что не позволяет выявить истинную кинетику тех или иных превращений и вынуждает ограничиваться исследованиями процесса в целом при наличии отмеченных выше осложнений. Не удивительно поэтому, что для описания кинетики превращения промышленного сырья, особенно [c.38]

В настоящее время необычайно возрос интерес к исследованиям в области высоких давлений. Несомненно, в значительной мере это вызвано крупными успехами промышленного синтеза алмаза, боразона и бурным равитием производства полиэтилена высокого давления. Быстро растущее число исследований в этой области физики и химии связано также с успехами техники высоких давлений, равитие которой привело к тому, что для различного рода научного эксперимента стали доступными давления до 100—150 тыс. атм, а для технологии органического синтеза и синтеза полимеров становится возможным создание крупных промышленных установок на давления порядка 10 тыс. атм. Появились реальные перспективы использования высоких давлений для резкой интенсификации промышленных химических процессов и, в особенности, синтеза полимеров. Сейчас в научной литерутуре среди большого числа исследований реакций полимеризации при высоких давлениях свыше ста работ относятся к изучению механизма и кинетики полимеризации. В области радикальной полимеризации накоплен обширный фактический материал, который позволяет с достаточной полнотой сформулировать основные закономерности влияния высоких давлений на жидкофазную радикальную полимеризацию. [c.317]

С химической точки зрения наибольший интерес представляют реакции, скорость которых- определяется химической кинетикой. Однако фактически большинство гетерогенных реакций идет пс диффузионной кинетике. Это в особенности относится к гетерогенным реакциям, имеющим промышленное значение. Примерами подобных реакций могут служить процессы адсорбции хорошо растворимых газов жидкостями, большая часть случаев растворения твердых тел в жидкостях, большинство электрохимических и быстрых. каталитических реакций и ряд других. Поэтому исследование ки->1етики диффузионных процессов представляет большой практический лнтерес. Кроме того, как будет показано ниже, исследование некоторых случаев диффузионной кинетики может представить интерес для гидродинамической я еории турбулентности и теории теплопередачи. [c.48]

Однако самым выдающимся и бессмертным памятником С. В. Лебедеву являются созданная в нащей стране и успешно развивающаяся промышленность синтетического каучука и его классические труды по полимеризации и гидрогенизации непредельных органических соединений. Начатые С. В. Лебедевы.м еще в 1932 г. работы по совместной полимеризации моно- и диолефиновых углеводородов, в частности по сополимеризации диизобутилена с бутадиеном, в настоящее время особенно актуальны. Ждет своего осуществления и значительная часть вопросов, намеченных к разработке С. В. Лебедевым, а именно поиски новых видов полимеризующихся соединений, способных служить исходным хматериалом для получения технически ценных высокополимерных веществ всестороннее исследование процессов полимеризации, включая кинетику и механиз.м реакции, влияние инициаторов полимеризации и внешних условий на направление и скорость процессов глубокое изучение разновидностей синтетического каучука и выяснение зависимости их свойств от химического состава и строения последних. Подчеркивая ограниченность свойств натуральных каучуков, С. В. Лебедев в докладе в Академии наук СССР 18 ноября 1932 г. обратил внимание на безграничные возможности синтетической химии. Синтез каучуков,— говорил он,— источник бесконечного многообразия. Теория не кладет границ этому многообразию. А так как каждый новый каучук является носителем своей оригинальной шкалы свойств, то резиновая промышленность, пользуясь, наряду с натуральными, также синтетичеокими каучуками, получит недостающую ей сейчас широкую свободу в выборе нужных свойств . [c.124]

Положительные и отрицательные качества этого метода освещены в ряде работ, в частности в обзоре Чэмпиона и в исследованиях , выполненных в последние годы. В отличие от обычно применяемого при изучении межкристаллитной коррозии способа измерений, когда сопротивление образца определяется до и после опыта, в больщинстве работ метод сопротивлений использовался при измерениях во время оиыта. Такая возможность является существенным преимуществом метода сопротивления, так как позволяет изучать кинетику процесса на одном образце и непрерывно контролировать скорость коррозии в промышленных установках. Этот способ особенно целесообразен для исследования коррозии в средах с низкой электропроводностью в воде, в разбавленных или высококонцентрированных водных растворах ряда электролитов, в большом числе органических сред, например сред нефтеперегонной промышленности, в условиях газовой, атмосферной и почвенной коррозии. [c.58]

Среди карбонильных металлсодержащих соединений, применяемых в промышленности, важное место занимает карбонил железа. Обладая высокой летучестью и низкой температурой разложения, карбонил железа является прекрасным исходным материалом для низкотемпературного и пиролитического получения пленок и порошков высокочис-т ого железа [1]. Несмотря на то что исследованию особенностей разложения этого вещества посвящено много работ, в том числе и масс-спектрометрических, для надежногоФуиравления процессами получения пленок и порошков железа необходимо более глубокое изучение кинетики и механизма термического разложения карбонила железа. Применение для этой цели электронно-ударной масс-спектрометрии затруднено протеканием термораспада карбонила железа на нагретых дета лях ионного источника, главным образом — ионизационной камеры В данной работе исследовали влияние термической диссоциации карбонила железа в ионизационной камере масс-спектрометра на его масс-спектр. [c.42]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология