Теоретический анализ процесса получения этилена

 

График зависимости  степени конверсии от температуры.

 
Как показывает график, увеличение температуры ведёт к снижению степени конверсии этилена.

 

Вывод: Таким образом, на процесс пиролиза пропана влияют следующие параметры: инертный разбавитель, давление, температура.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_{3.4 Полный кинетический анализ процесса.}

Для обеспечения  высокой скорости и селективности  процесса обычно применяют катализаторы. При пиролизе пропана применяют   синтетические керамические катализаторы. Механизм описывается следующими стадиями:

 

Термический распад пропана на этилен и метан.

На  стадии инициирования  возможно протекание следующих реакций :

С₃Н₈→∙Н + ∙С₃Н₇           (1)

lg k₀=16,0 c-1; Ea=410 кДж/моль

 

С₃Н₈→СН₃∙ + ∙С₂Н₅    (2)

lg k₀=17.6 c-1; Ea=342 кДж/моль 

(1) и (2) реакции  являются сопряженными, следовательно отношение их констант К₂/К₁=EXP(Ea₁+Ea₂)*1000/RT

С увеличением  температуры снижается влияние  различия в энергиях активации реакций  на избирательность процесса.Однако, даже при 1800К –температура намного  выше реальной температуры пиролиза пропана  К₂›К₁ . Таким образом , для стадии инициирования пропана имеет значение только реакция распада его на метильный и этильный радикалы .

Так как реакция (2) является элементарной, к ней приложим закон действующих масс и зависимости  от температуры описываются уравнением 1-го порядка .

-dC_{(пропан)} /dt=-k₀₁∙C_{(пропан)} , интегрируя получаем: С _{(пропан)=}C_{(пропан )0} ∙exp(-k₀₁∙t)

Степень конверсии  рассчитывается следующим образом

  Х=( C_{(пропан )0}- С _{(пропан)})/ C_{(пропан)0}*100, %

Показывает  степень превращения пропана (%) по реакции (01) при температурах соответственно 973К( (1), 983К (2), 988К (3) 993К(4) и 1023К (5). Причем с повышением температуры происходит увеличение степени конверсии пропана, таким образом,  при температуре 1023К практически пропан полностью прореагировал. 

1. Стадия инициирования по избранному процессу.

 

lgk01=17.6 c-1

Ea=342 кДж/моль образование метильного и пропильного радикалов

 

 

 

 

2. Развитие цепи.

1. При пониженной температуре.

 Взаимодействие с метильным радикалом , при этом получается метан и пропильный радикал по вторичному атому:

lgk03=8,9 с-1

Еа=42,3 кДж/моль

ЕСперв-Н > ЕСвтор-Н, поэтому процесс образования радикала идет по вторичному атому.   

При взаимодействие с этильным радикалом образуется этан

lgk04=8,9 с-1

Еа=43,3 кДж/моль

2. При повышенной температуре.

lgk=9,0с-1

Еа=48.1 кДж/моль

lgk=9,1 c-1

Ea=52,7 кДж/моль

 

 

 

 

3. Распад радикала.

 1. При пониженных температурах пропильный радикал распадается на        водород и пропилен.

lgk= 13,6c-1

Еа= 168,6 кДж/моль

 При взаимодействии пропана с водородным радикалом образуеться водород и пропильный радикал.

lgk=11,0 c-1

Ea=34,7 кДж/моль

Реакция (3) и (4) образуют звено цепи.

Таким образом, на этой стадии процесс идет со следующим  превращением.

2. При повышенных  температурах:

Пропильный  радикал по первичному атому распадается 

 

       

         lgk08=13,6 с-1

         Еа=168,6 кДж/моль

 

 

 

Происходит  образование радикалов пропана  по первичному атому

lgk=13,2 c-1

Ea=133,9 кДж/моль

Ec-н > Ec-с, поэтому при повышенных температурах произойдет разрыв по

 с-н связи.

Метильный радикал  взаимодействует с пропаном.

lgk=9,0 c-1

Ea=48,1 кДж/моль

Следовательно, процесс нужно проводить при  повышенных температурах  так как  в этих условиях получается этилен.

Важным фактором, влияющим на селективность пиролиза, является давление в зоне реакции, точнее – парциальное давление углеводородной части реагирующего потока. Этилен и другие низшие олефины образуются в результате первичных реакций первого кинетического порядка, степень превращения сырья по этим реакциям от давления не зависит, но олефины реагируют дальше, превращаясь в продукты полимеризации или конденсации и степень их превращения по этим направлениям пропорциональна парциальному давлению. Парциальное давление углеводородной части реагирующей смеси определяется суммарным давлением в реакторе и разбавлением сырья водяным паром.

Три важнейших  параметра пиролиза – температура, время пребывания и парциальное  давление углеводородов – для  оценки выходов продуктов и выбора оптимальных условий пиролиза.

 

 

4. Выводы  и рекомендации.

Проведя полный теоретический анализ процесса получения  этилена  пиролизом  пропана  мы можем сделать следующие выводы:

1.)  Температура  пиролиза на входе должна быть  равна 750-815оС. Время контакта не  должно превышать 2сек., так как при его увеличении уменьшается выход этилена, максимальный выход его достигает при этом процессе 45 %. 
2.) В промышленных условиях процесс проводят при разбавлении сырья водяным паром в отношении (1:4, 1:8) – это благотворно сказывается на процессе пиролиза. При работе с большими количествами водяного пара резко снижается парциальное давление и вследствие этого увеличивается выход этилена на пропущенный пропан.

3.) Реакция эндотермическая, поэтому для её проведения не следует использовать реакторы адиабатического типа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы:

1. http://ru.wikipedia.org
2. Н.Л. Глинка «Общая Химия», издательство «Химия» 1985 г.-702 с.
3. А.П. Клименко « Получение этилена из нефти газа » , издательство гостоптехиздат 1962 г.-235 с.
4. Т.Н.Мухина,  Н.Л.Барабанов,  С.Е.Бабаш,  В.А.Меньщиков,  Г.Л.Аврех. «Пиролиз Углеводородного сырья», издательство «Химия» 1987 г.-  240 с.
5. http://www.xumuk.ru
6. И.Е. Шиманович, М.Л. Павлович , В.Ф. Тикавый «общая химия в формулах, определениях, схемах» изд. 1996 г.- 528с.
7. Лебедев Н. Н. Химия и технологическая основного органического и нефтехимического синтеза. – Москва: Химия, 1988.-592 с.