CC BY
143
20. Кумок В.Н., Кулешова О.М., Карабин Л.А. Произведение растворимости. — Новосибирск: Наука, 1983. — 267 с.
21. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. — М.: Химия, 1989. —448 с.
22. Справочник по электрохимии / Под ред. А.М. Сухотина. — Л.: Химия, 1981. —С. 124—154.
23. Карапетьянц М.Х., Карапетьянц М.Л. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ. -М.: Химия, 1968. -470 с.
24. Vajda F. Stripping voltammetry of Se(IV) compounds with the hanging drop electrode // Acta chim. acad. Sci. Hung. —1970. -V. 63. -№ 3. — Р. 257—265.
Получение углеводородов топливного назначения и олефинов из синтез-газа по Фишеру-Тропшу в последнее время вновь привлекает внимание многих исследователей, химических компаний. Данный процесс даёт возможность на основе простейших газов (СО и Н2) получать множество продуктов: углеводороды — от метана до твёрдых высокоплавких парафинов; спирты — от метанола до эй-козанола и выше; карбоновые кислоты, сложные эфиры, альдегиды, кетоны, потребность в которых исчисляется сотнями тыс. и млн т в год [1, 2].
Целью данной работы являлось выяснение перспектив развития и целесообразности промышленного синтеза ФТ и исследование влияния технологических параметров на процесс с помощью математической модели. На основе опубликованных в литературе экспериментальных данных были проведены исследования её применимости для описания процессов, проводимых в технологических режимах, отличающихся температурой, давлением, объёмной скоростью и составом синтез-газа.
Для осуществления ФТ-синтеза в промышленном и полупромышленном масштабе разработано большое число конструкций аппаратов: с неподвижным и псевдоожиженным слоем катализатора, а также барботажных колонн с суспендированным катализатором [3—5].
Несмотря на сравнительную сложность конструкции, аппараты с неподвижным слоем катализатора наиболее приспособлены для проведения таких сильно экзотермических реакций, как синтез из СО и Н2, и позволяют достаточно надёжно управлять процессом. В связи с этим математическая модель, разработанная на кафедре ХТТ, основана на модели квазигомогенного политропического трубчатого реактора идеального вытеснения с неподвижным слоем катализатора в стационарном
режиме. Катализатор СА-1М, на котором были получены экспериментальные данные синтеза, также был приготовлен на кафедре ХТТ обработкой промышленного плавленого железного катализатора в потоке низкотемпературной плазмы. Для данного катализатора характерно селективное образование более лёгких жидких парафиновых углеводородов для фракции 165...310 °С (С9—С15) до 70 %.
На математической модели были проведены исследования по влиянию состава сырья, температуры, объёмной скорости и диаметра контактной трубки на показатели процесса. Расчёты, проведённые на модели, показали, что она адекватно описывает реальный процесс (табл. 1), позволяет подобрать оптимальные режимы работы промышленных установок и оперативно отслеживать поведение процесса при изменениях технологических параметров.
Таблица 1. Сопоставление расчётных и экспериментальных данных синтеза из СО и Н2, катализатор СА-1М (Т=513 К; Р=0,9 МПа; о.с.=150 ч—'; СО:Н-1=1:2,2)
Углеводороды Содержание углеводородов, % мол.
эксперимент расчёт
Ci 34,0 33,5
С2 5,30 5,22
Сз 11,5 11,5
Q 8,20 8,22
С5 3,80 3,67
С6 3,00 2,85
С7 4,00 4,22
С8 2,00 2,20
С9 1,50 1,71
С10 0,50 0,56
Cii 0,40 0,46
С12(С12 С18^ 9,80 9,96
С13(С19 С35) 10,7 10,8
Си(вышеС35) 5,10 5,13
УДК 541.128
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ СИНТЕЗА ФИШЕРА-ТРОПША
Н.В. Ушева, А.И. Левашова, О.Е. Мойзес, И.М. Федяева, А.В. Кравцов
Томский политехнический университет E-mail: [email protected]
С помощью математической модели, разработанной на кафедре ХТТ ТПУ, исследовано влияние технологических параметров на основе экспериментальных данных, в том числе и опубликованных в литературе. Проведены исследования ее применимости для описания технологических процессов.
Известия Томского политехнического университета. 2004. Т. 307. № 7
Для выяснения влияния состава сырья на выход и распределение углеводородов были проведены исследования на математической модели смеси Н2:СО различного состава в интервале 0,8:1...2,2:1 (7=513 К; Р=0,9 МПа; о.с.=150 ч-1).
Результаты расчётов согласуются с результатами экспериментов и приведены в табл. 2, из данных которой видно, что максимальный выход углеводородов наблюдается при соотношении Н2:СО = = 1,35:1, поэтому дальнейшие исследования были проведены при данном составе синтез-газа.
Таблица 2. Влияние состава сырья Н2:СО на степень превращения и выход продуктов синтеза (Т=513 К; Р=0,9 МПа; о.с.=150 ч
Соотношение Н2:СО Степень превращения X, % мол. Выход углеводородов, % мол.
сумма метан парафины олефины кислородсодержащие
0,8:1 71,481 6,88 2,16 2,01 2,28 0,44
1:1 80,219 7,84 2,46 2,33 2,56 0,50
1,2:1 86,660 8,35 2,62 2,53 2,67 0,53
1,35:1 90,220 8,44 2,65 2,60 2,66 0,54
1,5:1 92,889 8,33 2,61 2,61 2,58 0,53
1,7:1 95,372 7,96 2,49 2,56 2,40 0,51
2:1 97,549 7,18 2,25 2,38 2,09 0,46
2,2:1 98,375 6,64 2,08 2,25 1,88 0,48
Исследования влияния температуры проводились при следующих параметрах: давление 0,9 МПа, объёмная скорость сырья 150 ч-1, соотношение Н2:СО=1,35:1 в интервале температур 513.553 К. Выходы продуктов представлены в табл. 3.
Таблица 3. Выход продуктов синтеза Фишера-Тропша при 513 К
Число атомов углерода Парафины, % мол. Олефины, % мол.
С, 33,46 0
С2 4,21 1,01
Сз 0,81 10,69
С4 0,65 7,58
С5 0,79 2,88
С6 0,75 2,09
С7 2,54 1,69
С8 1,27 0,93
С9 1,17 0,54
С,0 0,40 0,16
С,, 0,30 0,16
Фракция С,2 7,17 2,78
Фракция С,3 8,69 2,13
Фракция С,4 4,19 0,94
Сумма 66,41 33,59
Как показали результаты расчетов, с увеличением температуры несколько повышается выход оле-финов, однако распределение углеводородов по числу атомов углерода в молекуле практически не меняется.
Процесс гидрирования оксида углерода может протекать при различных объёмных скоростях:
100.10000 ч-1. Изменить объёмную скорость можно за счёт варьирования расхода сырья или объёма катализатора. В результате изменяется время пребывания реагентов в зоне реакции, что отражается на качестве и количестве продуктов. С увеличением объёмной скорости существенно снижается суммарный выход углеводородов, так как уменьшается время пребывания реагентов в реакторе, однако при этом увеличивается относительное содержание непредельных углеводородов в продуктах. Расчёты также показали, что увеличение объёмной скорости подачи сырья с 100 до 300 ч-1 снижает степень превращения и уменьшает выход продуктов реакции (табл. 4), но с ростом объёмной скорости увеличивается производительность установки и повышается общий объём выпускаемой продукции.
Таблица 4. Влияние объёмной скорости (о.с.) подачи сырья на степень превращения X продуктов синтеза и суммарный выход парафинов и олефинов
о.с., ч-' Х, % мол. Сумма парафинов, % мол. Сумма олефинов, % мол.
100 95,755 67,41 32,59
140 91,352 66,56 33,44
200 84,720 65,85 34,15
240 80,642 65,54 34,46
300 75,072 65,19 34,81
Кроме того, были проведены исследования влияния диаметра контактной трубки на выход продуктов синтеза и на изменение температуры по длине реактора. Диаметр контактной трубки варьировался с 0,015 до 0,045 м, и как показали расчёты, изменение диаметра трубки существенного влияния на степень превращения и выход продуктов не оказывает. С другой стороны, увеличение диаметра контактной трубки приводит к значительному разогреву катализатора (рисунок), что является нежела-
Рисунок. Зависимость температурыi по длине реактора от диаметра контактной трубки: 1) 0,045; 2) 0,04; 3) 0,035; 4) 0,03; 5) 0,025; 6) 0,02; 7) 0,015 м
В связи с проведёнными исследованиями можно сделать следующие выводы:
- состав синтез-газа, при котором наблюдается максимальный выход углеводородов, в том числе и олефинов -Н2:СО =1,35:1;
- увеличение объёмной скорости подачи сырья является целесообразным, однако, в интервале рекомендуемой объёмной скорости -150.250 ч-1;
— изменение диаметра контактной трубки существенного влияния на степень превращения и выход продуктов не оказывает, но, т.к. его уве-
личение приводит к значительному разогреву слоя катализатора, то предлагаемые значения диаметра — 0,02.0,04 м.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Schubert P.F., Bayens Ch.A. Development progresses for GTL fuels, specialty products // Oil & Gas J. - 2001. - № 11. - P. 69-73.
2. Кравцов А.В., Левашова А.И., Ушева Н.В., Мойзес О.Е. Проблемы комплексного исследования синтеза Фишера-Тропша // Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий: Матер. научно-практ. конф. -Томск, 2002. -Т. 2. -С. 65-67.
3. Сливинский Е.В., Кузьмин А.Е., Клигер Г.А. Кинетические закономерности синтеза Фишера-Тропша на железно-цеолит-ном катализаторе в условиях промышленного процесса // Нефтехимия. -2001. -Т. 41. -№ 2. -С. 119-125.
4. Вытнова Л.А., Сливинский Е.В. Синтез Фишера-Тропша в трехфазной суспензионной системе и проточном реакторе с неподвижным слоем катализатора // Нефтехимия. — 2002. — Т. 42. — № 1. —С. 45—49.
5. Ермакова А., Аникеев В.И., Фромент Дж.Ф. Проведение процесса Фишера-Тропша в сверхкритических условиях (влияние неидеальности реакционной смеси на скорость реакции) // Теоретические основы химической технологии. —2000. —Т. 34. — № 2. —С. 203—211.
УДК 621.316.8:691.372.001.24
РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПО ПОВЕРХНОСТИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО ЭЛЕКТРООБОГРЕВАТЕЛЯ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА
Т.М. Халина
Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова. г. Барнаул
E-mail: [email protected]
Получены аналитические зависимости и приведены результаты расчета численных значений распределения температур по поверхности низкотемпературного композиционного электрообогревателя, которые могут быть использованы при проектировании аналогичных изделий в различных областях сельского хозяйства и промышленности.
Широкое использование низкотемпературных (300.400 К) композиционных электрообогревателей (НТКЭ) и обогревательных систем на их основе позволяет осуществить массовое внедрение энергосберегающих технологий на предприятиях агропромышленного комплекса: электрообогрев индукционных счетчиков в щитах раздельного учета электроэнергии, поверхностно-распределительный обогрев молодняка животных и птицы, подогрев зерна на зерноперерабатывающих комплексах, обогрев задвижек, устьев скважин и трубопроводов различного назначения.
Однако, в каждом конкретном случае возникает проблема рационального выбора типа и конструкции НТКЭ, отвечающего широкому спектру требований по обеспечению теплоэлектрофизических характеристик, электробезопасности, экономичности, стойкости к агрессивным средам. В связи с этим предлагается метод расчета распределения температуры по поверхности НТКЭ в зависимости от его конструктивных параметров.
Распределение температуры по поверхности электрообогревателя (рис. 1, а) является его важнейшей технической характеристикой.
Расчёт тепловой проводимости рассматриваемой системы [1] позволяет получить ряд необходимых параметров для оценки распределения температуры по поверхности электрообогревателя, но не решает до конца поставленную задачу.
Определение распределения температуры по всей поверхности электрообогревателя приводит к довольно большому численному массиву. Для практических целей обычно достаточно определить разность температур ДТ, ДТ1, ДТ2, ДТ3, ДТ4 между характерными точками соответственно А2 и А3, А» и А4, А5 и А», А6 и А5, А7 и А6 (рис. 1, б).
В связи с этим цель настоящей работы — строгое решение поставленной задачи и вычисление на его основе значений разностей указанных температур в широком диапазоне изменения геометрических параметров системы.
Для расчёта распределения температуры по поверхности указанной системы при стационарном процессе теплового излучения воспользуемся методикой, изложенной в работе [2], основанной на непосредственном определении напряжённости поля и конформных преобразований с учётом математической аналогии между потенциальными полями.
