ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Выбор химической схемы и определение стехпометрических коэффициентов из "Расчеты и исследования химических процессов нефтепереработки" При реакциях сложных смесей в химических превращениях участвуют одновременно тысячи индивидуальных веществ. Поскольку ни индивидуальные превращения, ни даже индивидуальный состав сложной смеси обычно неизвестны, не представляется возможным записать истинные реакции, тем более что число их огромно. Поэтому обычно объединяют некоторые подобные вещества с тем, чтобы получить ограниченное число реагирующих веществ и реакций. [c.179] К недостаткам такого метода следует отнести то, что обычно за непревраш енное сырье принимается фракция продукта реакции, похожая по температурам начала и конца кипения (или температурам 10 и 90%-ных отгонов) на сырье. На самом деле эта фракция может значительно отличаться от сырья по ряду показателей вследствие химических превраш ений, приводяш их к появлению новых веш еств, выкипаюш их в тех же пределах температур, что и сырье. Иными словами, технологическая группировка позволяет учитывать появление новых фракций, но оказывается неудобной при учете влияния условий процесса на качественные показатели продуктов или влияния рециркуляции. [c.180] Для устранения указанных недостатков и более широкого использования технологической группировки удобен следующий прием. Уже на начальных стадиях реакции часть углеводородов сырья подвергается химическим превращениям (хотя они не обязательно должны быть реакциями глубокого распада), поэтому даже при небольшом времени контакта меняется химический состав сырья. Следующей стадией являются процессы глубокого распада. Следовательно, даже при самых мягких условиях состав исходного сырья в продуктах реакции меняется, и естественно принять, что на первой стадии сырье А полностью превращается в первичный продукт А с теми же температурами начала и конца кипения. [c.180] Продукт А1 участвует в процессах более глубокого превращения, приводящих к образованию других продуктов процесса. При этом фракция продуктов реакции, выкипающая в тех же пределах, что и сырье, считается продуктом реакции а не непревращенным сырьем (сырье превращается полностью). [c.180] При таком подходе допускается некоторая неточность, связанная с тем, что процессы изменения химического состава сырья не ограничиваются начальными, а протекают и на более глубоких этапах, т. е. качество продукта А меняется с изменением условий процесса. Однако это позволяет получать весьма точные описания и учитывать воздействие рециркуляции на результаты реальных процессов, так как для сравнительно узкого интервала, в котором колеблется качество продукта 4 , фиксирование его свойств на некотором среднем уровне допустимо. [c.180] Другим возможным методом обобщения свойств реагирующих веществ является объединение их не по технологическим, а по химическим соображениям. Так, можно отдельно рассматривать реакции ароматических углеводородов, олефинов и т. д. Например, бензиновую фракцию — сырье платформинга — можно представить состоящей из трех обобщенных углеводородов с одинаковым числом углеродных атомов — парафинового (П), нафтенового (Н) и ароматического (А), которые могут претерпевать ъзаимные превращения. Такой подход позволяет учесть увеличение содержания ароматических углеводородов в -бензине в результате платформинга он использован в работах [39, 45, 57]. [c.181] Такое обобщение удобно для процессов, в которых необходимо сосредоточить основное внимание на изменении качества сырьевой фракции или ее влиянии на результаты процесса. Его использование в чистом виде для процессов глубокого разложения затруднительно, так как трудно определить, какая доля продукта (например, газа) образовалась за счет одной части сырья, какая — за счет друго11, как реагируют компоненты промежуточных продуктов и т. д. Очевидно также, что конкретное применение данного метода требует значительно большего объема химических анализов сырья и продуктов. При использовании этого метода может оказаться полезным люминесцентно-хроматографический анализ углеводородных смесей [58]. [c.181] Следует также отметить, что выбор метода объединения компонентов реагирующей смеси определяется и тем, как сильно влияют на результаты процесса изменения качественных показателей сырья, таких, как температура начала кипения, температура десятипроцентного отгона, плотность, коксуемость, содержание смол и воды, химический состав и т. д. Учет всех этих факторов обычно чрезвычайно сложен, однако полезно иметь в виду следующее. [c.181] Если разрабатываемое описание предназначено для решения задач оптимального управления, то целесообразнее, создав структуру модели, уточнять ее коэффициенты нри изменении качества сырья по результатам процесса. Это даст возможность точного описания процесса для различных типов сырья. Таким образом, нет необходимости заранее и точно создавать жесткое описание, учитывающее влияние всех перечисленных качественных показателей. [c.181] Если разрабатываемое описание предназначено для решения задач оптимального проектирования, то можно определить его коэффициенты для трех-четырех видов сырья и затем вести про-.ектирование для каждого вида сырья раздельно. [c.181] Эти простые приемы позволяют избежать длительной, трудоемкой и подчас не дающей надежных результатов работы по учету в математическом описании всех возможных показателей качества сырья. [c.181] После того как определены обобщенные вещества, участвующие в реакции, необходимо выявить наиболее существенные химические превращения, определяющие материальный баланс нроцесса, и найти стехиометрические коэффициенты по каждому из превращений. Поскольку реальное число реакций очень велико, задача сводится к выбору такого минимального числа стадий,при котором стехиометрические коэффициенты всех стадий, определенные из экспериментальных данных, остаются практически неизменными. [c.182] При этом обязательна проверка теоретически обоснованных схем, нанример, подтверждением очевидных для выбранной схемы соотношений. Этот метод не требует знания кинетических уравнений скоростей отдельных стадий. Если число реагирующих веществ больше числа реакций, можно проверить постоянство некоторых стехиометрических коэффициентов Viм, входящих в уравнения реакций. [c.182] Укажем, что при записи реакций индивидуальных веществ коэффициенты V,- м характеризуют мольные массы. Для реакций со сложными смесями углеводородов материальные балансы получают в весовых (удельных) единицах, и перевод их в мольные единицы требует определения молекулярных масс для различных смесей (бензина, керосина и т. д.). Это обычно не оправдано, так как приходится переходить от точной величины массы в удельных единицах к приближенной величине (из-за приближенного определения молекулярной массы) в мольных единицах. Поэтому для сложных смесей удобнее записывать уравнения реакции для удельных единиц массы. [c.182] Преимуществом такого подхода является то, что не требуется проведение сложной вычислительной работы, необходимой при расчетах по дифференциальным уравнениям необходимы лишь довольно простые вычисления по линейным алгебраическим соотношениям, что позволяет проверить применимость нескольких схем. [c.184] Оценка величин V,- для нескольких типов сырья позволяет выбрать из них коэффициенты, зависящие от состава сырья (нестабильные) и коэффициенты, не меняющиеся для различного сырья (стабильные). В дальнейшем при переходе к новому типу сырья нужно уточнять только величины нестабильных коэффициентов. [c.184] Для иллюстрации сказанного приводится пример У1-4. [c.184] Величины коэффициентов г для термоконтактного крекинга и их дисперсии приведены в табл. У1-5. [c.184] Прп этих величинах получено хорошее совпадение расчета и эксперимента, следовательно, схемой (а) можно пользоваться для расчетов и оптиниэации процесса ТКК. [c.185] Минимальное число реакций при формальном описании процесса совпадает с числом независимых реакций. Независимой является такая реакция в сложной схеме, которая не может быть получена линейной комбинацией остальных реакций. [c.185] Вернуться к основной статье