Обсудить возникающие при этом противоречия и ограничения.

Ответ: Основная реакция: С₂Н₄ +Н₂О С₂Н₅ОН

Побочные: С₂Н₄ +Н₂О= (С₂Н₅) ₂О

С₂Н₅ОН=СН₃СОН

nС₂Н₄=(С₂Н₄)_n

Стадии на kat: - Растворение СН₂=СН₂ на Н₃РО₄

-Образ-ние иона карбония: С₂Н₄ +Н⁺ С₂Н₅ ⁺

- Взм-вие с образ-ся ионом: С₂Н₅ ⁺ ₊ Н₂О С₂Н₅ОН₂⁺

- Разложение: С₂Н₅ОН₂⁺ С₂Н₅ОН+ Н⁺

Условия: t=280-290, kat: - Н3РО4; Н₂О:С₂Н₄ =0,6:1

Выбор соотношения исх. В-в:

Процесс ведут при недостатке водяного пара, изб- С₂Н₄

Процесс при: t=280-290 с ŋ=10%-несмещённый процесс, сл-но, получ. Сильноразбавленный спирт(ок 15%). Если увелич. Н₂О, то более разб. спирт будет и ухудшатся условия выделения в качестве товарного продукта.

Давление связано с соотношением Н₂О:С₂Н_4.

Р_общ=Р С₂Н₄ +Р Н₂О(надН₃РО₄) + Р_{инертов}

Р Н₂О_паров=2,8 мПа, РС₂Н₄ =4,7 мПа, С инертами в цикле ок. 6%, сл-но, Робщ= 8 мПа.

Если >8мПа –конденсация водяного пара, разбавление Н3РО4 на носителе и падение активности kat.

Процесс несмещённый, сл-но, рециркуляция. Надо проводить с большими объёмными скоростями для увеличения интенсивности процесса.

 

13. Как повлияет наличие инертных примесей в сырье для обратимых процессов при реализации принципа наилучшего использования сырья, если:

Процесс протекает с уменьшением числа молей в системе

Процесс протекает с увеличением числа молей в системе?

Обосновать ответ.

Ответ: Если процесс идет с уменьшением числа молей, то разбавление инертным компонентом смещает равновесие в сторону реагентов.

1) Если процесс идет с увеличением числа молей, то разбавление инертным компонентом смещает равновесие в сторону продуктов.

Применяется ↓ Р в системе (парциальное давление в компонентов смеси) (по принципу Ле-Шателье) для смещения равновесия вправо, при ↓ Р уменьшается скорость химической реакции(по стехиометрии) r ~ P ^n-1

Чем больше степень изменения количества молей, тем в большей степени система реагирует на изменение давления.

Р эффективное = Р общее(1- Сi)²

Рi = Nj P – закон Дальтона. Эффект разбавления (Nj ↓) подобен снижению давления в системе. Инертный компонент: дешевый, легко отделяется, подавляет побочные реакции, препятствует отложению углерода в органических системах. Для экзотермической реакции является теплоносителем для поддержания температуры.

Наиболее часто применяемый инертный агент – вод. пар.

 

14. С чем связаны ограничения в выборе объёмной скорости в производстве этанола методом прямой гидратации? Обосновать ответ. Какими соображениями определяется выбор объёмной скорости в циркуляционных процессах. С₂ Н₄ + Н₂О ↔С₂Н₅ОН, ∆Н<0

Ответ: Процесс сложный, обратимый, экзотермический. При температуре максимальной активности катализатора выход составляет ≈10%, что обуславливает большой размер рецикла. В случаях, когда размер рецикла велик, процесс целесообразно проводить с большими объемными скоростями (дабы уменьшить размеры аппаратуры). Однако в случае гидратации этилена объемная скорость газообразных веществ относительно невелика (порядка 1500 м³/ч). это обусловлено тем, что при больших скоростях велик унос фосфорной кислоты (которая является катализатором), что вызывает коррозию и понижает срок службы оборудования. Кроме того, при высоких объемных скоростях сложно организовать автотермический процесс.

Объёмную скорость процесса выбирают так, чтобы обеспечить высокую интенсивность и производительность процесса. В то же время не следует выбирать слишком большие скорости, т. к. в этом случае возможен «проскок» реагента