Neftkimoviy jarayonlarni sinflash

|
Neftkimoviy jarayonlarni sinflash
|
bet | 2/3 | Sana | 13.01.2024 | Hajmi | 25,59 Kb. | | #136478 |
Bog'liq Roza apaNeftkimoviy jarayonlarni sinflash
Neft va gazni kimyoviy yo‟l bilan qayta ishlash texnologiyasida har xil reaktsiyalardan foydalaniladi. Ularning ko‟pchiligi sanoat reaktorlarida amalga oshiriladi. Kimyoviy reaktsiyalar odatda umumiy alomatlarga asoslangan holda sinflanadi. Kimyoviy reaktor konstruktsiyasi va jarayonni boshqarish usullarini tanlash uchun reaktsion sistemaning fazaviy tarkibi muhim ahamiyatga ega. Reagentlar va mahsulotlarning fazaviy tarkibiga ko‟ra, kimyoviy reaktsiyalar gomogen va geterogen bo‟lishi mumkin. Gomogen reaktsiyalarda reagentlar va mahsulotlar bitta faza (suyuq yoki gazsimon) da bo‟ladi. Masalan, gazsimon uglevodorodlarni piroliz qilish gomogen reaktsiyani tashkil etadi. Geterogen reaktsiyalari yuz berganda eng kami bilan bitta reagent yoki mahsulot reaktsiyada qatnashayotgan boshqa komponentlardan farq qiladigan fazaviy holatda bo‟ladi. Agar ikki fazali sistemalar «gaz-suyuqlik», «gaz-qattiq modda», «suyuqlik-qattiq modda», «suyuqlik-suyuqlik» (ikkita o‟zaro aralashmaydigan suyuqliklar), «qattiq modda-qattiq modda» holatida bo‟lsa, uch fazali reaktsion sistemalar esa turli variantlarda uchrashishi mumkin. Qattiq katalizatorlarning utsidagi bug„ fazasida yuz beradigan jarayonlar geterogen reaktsiyalarga misol bo‟la oladi. Reaktsiyalarning amalga oshirish mexanizmi bo‟yicha ham kimyoviy jarayonlar sinflanadi. Ushbu printsipga binoan, reaktsiyalar oddiy (bir bosqichli) va murakkab (ko‟p bosqichli), jumladan parallel, ketma-ket va ketma-ket-parellel yo‟nalishda bo‟lishi mumkin. Agar oddiy reaktsiyalar bitta bosqichdan iborat bo‟lsa, murakkab reaktsiyalar esa bir necha parallel yoki ketma-ket bosqichlardan tashkil topgan bo‟ladi. Reaktsiyalarda qatnashayotgan molekulalarning soniga ko‟ra, kimyoviy jarayonlar mono-, bi- va uchmolekulali reaktsiyaga ajralishi mumkin. Kinetik tenglamaning ko‟rinishi (reaktsiya tezligining reagentlar konstentratsiyalaridan bog„liqligi) kimyoviy jarayonlarning tartib bo‟yicha sinflanishi uchun alomat hisoblanadi. Reaktsiyalarning tartibi deganda kinetik tenglamadagi reagentlar konstentratsiyalari daraja ko‟rsatgichlarining yig„indisi tushuniladi. Ushbu alomat bo‟yicha kimyoviy reaktsiyalar birinchi, ikkinchi, uchinchi, kasriy tartibli bo‟lishi mumkin. Kimyoviy reaktsiyalar tezligini o‟zgartirish uchun maxsus moddalar – katalizatorlar ishlatilishi yoki ishlatilmasligiga ko‟ra, bunday reaktsiyalar katalitik yoki nokatalitik jarayonlar deb ataladi. Neft va gazni qayta ishlash texnologiyasida uchraydigan kimyoviy jarayonlarning ko‟pchiligi katalitik reaktsiyalardan tashkil topgan. Bunday jarayonlarda katalizatorlardan foydalanish orqali bir necha ijobiy holatlar yuzaga chiqadi: reaktsiyalar ancha past haroratlarda olib boriladi; reaktsiyalarni kerakli yo‟nalishlar bo‟yicha olib borish mumkin; xom ashyolardan asosiy mahsulotlarni ajratib olish darajasi yuqori; qo‟shimcha reaktsiyalarning borish tezligini susaytirish imkoniyati mavjud. Nokatalitik jarayonlar yuqori haroratlar ta‟sirida olib boriladi. Bunday jarayonlar qatoriga quyidagilarni kiritish mumkin: suyuq va gazsimon uglevodorodli xom ashyoni piroliz qilish; kokslash; termik kreking va boshqalar. Har qanday kimyoviy reaktsiya paytida issiqlik effekti yuz beradi. Issiqlikning yutilishi bilan boradigan reaktsiyalar endotermik, issiqlikning ajralib chiqishi bilan yuz beradigan reaktsiyalar esa ekzotermik deb ataladi. Murakkab kimyoviy jarayonlarda ikkala xil reaktsiyalar ham yuz berishi mumkin. Bunday holatlarda yakuniy kattalik, ya‟ni umumiy issiklik effekti hisoblab chiqiladi. Kreking, piroliz, katalitik riforming endotermik reaktsiyalar hisoblansa, gidrogenizatsiya, alkillash, polimerlanish reaktsiyalari esa ekzotermik jarayonlarga misol bo‟la oladi. 3. KIMYoVIY REAKTSIYaLAR KINETIKASI Kimyoviy kinetika – kimyoviy reaktsiyalar tezliklari haqidagi ta‟limot. Reaktsiyaning kinetikasi deyilganda berilgan reaktsiya tezligining konstentratsiya, harorat, bosim va boshqa omillardan bog„liqligi tushuniladi. Kimyoviy reaktsiyaning tezligi hajm birligidagi komponent mollari sonining vaqt birligida o‟zgarishi orqali ifoda qilinadi: d dN V r 1 , (1) bu erda V – reaktsiyada qatnashayotgan komponentlarning hajmi; N – sarflanayotgan komponent mollarining soni; τ – komponentlarning kontakt vaqti. Agar V=const bo‟lsa, N=CV, bu erda S – berilgan (sarflanayotgan) komponentning vaqtning ma‟lum bir oni τ ga mos kelgan konstentratsiyasi. Bunday sharoitda: d dc d V N d r . (2) Reaktsiya tezligini reaktor hajmi VR ga nisbatan olinsa, (18.1) tenglama quyidagi ko‟rinishga ega bo‟ladi: d dN V r R 1 . (3) Ikki fazali sistemalarda esa reaktsiya tezligini fazalarning kontakt yuzasi F ga nisbatan olish mumkin: d dN F r 1 . (4) Reaktsiya kinetikasi tushunchasiga asoslangan holda, quyidagi kinetik tenglamani yozish mumkin: b B a KCAC d dc , (5) bu erda K – reaktsiya tezligining o‟zgarmas soni; a va b – A va V komponentlari bo‟yicha reaktsiya tartiblari. Reaktsiyaning umumiy tartibi alohida olingan komponentlar tartiblarining yig„indisi Z ga teng: a b ... (6) Kimyoviy reaktsiyaning kinetikasini o‟rganishda o‟zgartirish darajasi degan kattalik muhim ahamiyatga ega. Bu kattalik komponentlarning reaktsiyaga uchragan mollari sonining komponentlardagi mollarning dastlabki soniga nisbati x orqali belgilanadi: 0 0 0 1 N N N N N x , (7) bu erda N0 – dastlabki oqimdagi mollar soni; N – reaktsiya mahsulotlaridagi mollar soni. O‟zgarmas hajmda amalga oshiriladigan reaktsiyalar uchun: 0 0 0 1 C C C C C x , (8) bu erda S0 – berilgan komponentning dastlabki oqimdagi konstentratsiyasi; S – berilgan komponentning reaktsiya mahsulotlaridagi konstentratsiyasi. Birinchi tartibli reaktsiya uchun, masalan, o‟zgartirish darajasi x komponentlarning reaktsiyada qatnashish vaqti τ bilan quyidagi tenglama orqali bog„langan: τΚ ( ) 0 0 LnC C x . (9) Kimyoviy jarayon natijasida olingan mahsulot massasining qayta ishlashga jalb etilgan dastlabki materiallarning massasiga nisbati mahsulotning chiqishi deb yuritiladi. Agar yuz berayotgan kimyoviy jarayon stexiometrik tenglama bilan ifoda qilinsa, bunday sharoitda mahsulotning chiqishini olingan mahsulot massasini nazariy jihatdan olinishi mumkin bo‟lgan massaga nisbati orqali aniqlanadi. Komponentlarning reaktsiyaga uchrash vaqti o‟zgartirish darajasi va mahsulotning chiqishi bilan bog„liq bo‟lib, reaktorning zarur bo‟lgan o‟lchamlarini aniqlashga yordam beradi. Odatda reaktsiyaning davomiyligi tajriba yoki tajriba– sanoat uskunalarida topiladi. Agar reaktsiyaga kirishayotgan moddalarning unumdorligi V ma‟lum bo‟lsa, kimyoviy reaktsiya uchun zarur bo‟lgan hajm VR quyidagi nisbat orqali aniqlanadi: V VR , (10) bu erda ε – reaktsion zonadagi erkin hajm ulushi. Kimyoviy reaktsiyalarning tezligini hisoblashda hajmiy tezlik va massaviy tezlik tushunchalari ham ishlatiladi. Suyuq holatdagi xom ashyo uchun hajmiy tezlik reaktsion zonaning hajm birligiga vaqt birligida yuborilgan sovuq xom ashyoning hajmi orqali aniqlaniladi. Gazsimon xom ashyoning hajmi normal sharoitlar bo‟yicha hisob-kitob qilinadi. Hajmiy tezlikning teskari qiymati reaktsiyaning mavhum vaqti deb yuritiladi. Massaviy tezlikning qiymati esa xom ashyo bo‟yicha massaviy ish unumdorligini reaktsion hajmdagi katalizatorning massasiga nisbati orqali topiladi. Kimyoviy reaktsiya tezligi o‟zgarmas sonining haroratdan bog„liqligi yuqori aniqlik bilan Arrenius tenglamasi orqali ifoda qilinadi: RT E K K e 0 , (11) bu erda K0 – doimiy son; E – faollashtirish energiyasi; R – gazning universal doimiyligi; T – harorat. Berilgan haroratda sistemadagi barcha molekulalar energiyasining o‟rtacha qiymatiga nisbatan reaktsiyaga uchragan molekulalarning ortiqcha energiyasi faollashtirish energiyasini belgilaydi. Faollashtirish energiyasi qancha ko‟p bo‟lsa, kimyoviy reaktsiyaning tezligi shuncha kam bo‟ladi. Ijobiy katalizatorlarni qo‟llash faollashtirish energiyasining kamayishiga va kimyoviy reaktsiya tezligining ko‟payishiga olib keladi yoki jarayonni ancha past haroratda olib borish uchun imkoniyat yaratib beradi. Agar T1 haroratda reaktsiya tezligining o‟zgarmas soni K1 ga teng, T2 bo‟lganda esa K2 ga teng bo‟ladi, bunday sharoitda (11) tenglamani quyidagicha o‟zgartirib yozish mumkin: 2 2 1 1 1 1 R T T E K K Ln . (12) Qaytaruvchi kimyoviy reaktsiyalar uchun o‟zgartirish darajasi harorat bilan reaktsiyaning issiqlik effektiga ko‟ra turlicha bog„langan bo‟ladi (1-rasm). Ekzotermik reaktsiyalarda haroratning ortishi bilan o‟zgartirish darajasi dastlab ko‟payadi, so‟ngra kamayib ketadi. Shu sababdan ekzotermik reaktsiyalarda berilgan reaktsiya vaqti τ da o‟zgartirish darajasi x maksimal nuqtaga etadi. Endotermik reaktsiyalarda haroratning ortishi bilan o‟zgartirish darajasi ham ortib boradi. Shu bois bunday reaktsiyalarni amalga oshirish uchun bir qator omillar (dastlabki moddalar va reaktsiya mahsulotlarining barqarorligi; texnologik imkoniyatlar; iqtisodiy masalalar va hokazo) ni hisobga olgan holatda maksimal haroratni qabul qilish maqsadga muvofiq bo‟ladi. 1-rasm. Qaytaruvchi ekzotermik(a) va endotermik(b) reaktsiyalar uchun jarayonning turlicha davomiyligi τ paytdagi o‟zgartirish darajasi x ning harorat T dan bog„liqligi (τ1>τ2>τ3; xr-muvozanat holatdagi qiymat). Kimyoviy reaktsiyalarning ko‟pchiligi issiqlikning ajralib chiqishi yoki uning yutilishi bilan sodir bo‟ladi. Kimyoviy jarayonning issiqlik effekti tajriba yo‟li bilan topiladi yoki Gess qonuni bo‟yicha hisoblaniladi. Ushbu qonunga asosan kimyoviy jarayonning issiqlik effekti reaktsiya mahsulotlari va dastlabki moddalarning hosil bo‟lish issiqliklari yig„indilarining ayirmasi hamda dastlabki moddalar va reaktsiya mahsulotlarining yonish issiqliklari yig„indilarining ayirmasi sifatida topiladi. Kimyoviy reaktsiyaning issiqlik effekti Qr va uning muvozanat o‟zgarmas soni Kr quyidagi tenglama orqali bog„langan: 2 RT Q dT dLnKp p . (13) Agar muvozanat o‟zgarmas sonining haroratdan bog„liqligi ma‟lum bo‟lsa, oxirgi tenglamani integrallash mumkin bo‟ladi. Bosimning o‟zgarishi odatda kimyoviy reaktsiyaning issiqlik effektiga juda kam ta‟sir qiladi; texnik hisoblashlarda ushbu ta‟sir hisobga olinmasa ham bo‟ladi. Yuqori bosimlarda esa bosimning ta‟siri albatta hisobga olinishi kerak. Neftni qayta ishlash texnologiyasining bir qator jarayonlari uchun issiqlik effektlarining qiymatlari (kJ/kg hisobida) juda keng chegarada o‟zgaradi: Gazoyllarni termik kreking qilish 300 – 1000 Kerosinli fraktsiyalarni piroliz qilish 1400 – 2000 Katalitik kreking 200 – 550 Butanni vodorodsizlantirish 2000 Gidroforming 750 Alkillash 1000 Kreking katalizatoridagi koksni quydirish 28000 – 32000 Т а б Т Qattiq g„ovaksimon katalizatorlarning ishtiroki bilan olib boriladigan kimyoviy reaktsiyalar (katalitik kreking, vodorodsizlantirish va boshqalar)ning tezliklari quyidagi asosiy bosqichlar orqali aniqlanadi: komponentlarning kimyoviy o‟zgarishi, komponentlarning tashqi diffuziya orqali katalizatorning yuzasi tomon siljishi va komponentlarning katalizatorning g„ovaklaridagi ichki diffuziyasi. Bunday holatda reaktsiyaga uchrayotgan molekulalar tashqi diffuziya ta‟sirida katalizator granulalarining tashqi yuzasiga yaqinlashadi va ichki diffuziya yordamida g„ovaklar orqali katalizatorning faol markazlariga tomon siljiydi. So‟ngra kimyoviy reaktsiya yuz beradi, hosil bo‟lgan mahsulot esa granulalarning tashqarisiga chiqadi. Jarayonning tezligi eng sekin boradigan bosqichning tezligi bilan belgilanadi. Agar kompoenentlarning diffuziyasi katta tezlik bilan borayotgan bo‟lsa, jarayonning tezligini uning kimyoviy bosqichi belgilaydi (demak, reaktsiya kinetik zonada yuz bermokda.
Xulosa
Agar reaktsiyaga uchrayotgan moddalar katta tezlik bilan siljiyotgan bo‟lsa, kimyoviy reaktsiya diffuzion zonada amalga oshayotgan bo‟ladi. Reaktsiya tezligi o‟zgarmas sonining haroratdan bog„liqligi ma‟lum bo‟lsa (2-rasm), jarayonning tezligini belgilovchi bosqichni aniqlash mumkin bo‟ladi. Diffuzion zonada (AB chizig„i) boradigan kimyoviy reaktsiyada jarayonning tezligiga harorat juda kam ta‟sir qiladi, chunki haroratning o‟zgarishi bilan diffuziya koeffitsienti ham juda kam o‟zgaradi. Shu sababdan ushbu zonada reaktsiya tezligini oshirish uchun gidro- dinamik omillar (oqim tezligini oshirish, jadallik bilan aralashtirish 2-rasm. Jarayonning hal qiluvchi bosqichini aniqlashda kimyoviy reaktsiya tezligi o‟zgarmas sonining haroratdan bog„liqligi. va boshqalar) dan foydalanish zarur yoki katalizator granulalarining o‟lchamlarini kichraytirish kerak. Kimyoviy reaktsiya kinetik zonada (VG chizig„i) olib borilganda, haroratning oshishi reaktsiya tezligining anchagina ko‟payishiga olib LnK А Б В Г 1/T keladi. Bunda boshqa omillar jarayonning umumiy tezligiga juda ham kam tasir qiladi.
|
| |