Конверсия это в химии кратко

Обновлено: 04.07.2024

Конверсия газов

Конв е рсия г а зов, переработка газов с целью изменения состава исходной газовой смеси. Конвертируют обычно газообразные углеводороды (метан и его гомологи) и окись углерода с целью получения водорода или его смесей с окисью углерода. Такие смеси используются для синтеза органических продуктов и в качестве газов-восстановителей в металлургии или подвергают дальнейшей переработке для получения водорода. Конверсию проводят с применением в качестве окислителей различных реагентов (кислорода, водяного пара, двуокиси углерода и их смесей). Возможно также использование для этой цели окислов металлов. Наиболее экономичным сырьём для конверсии является метан (природный газ). Конверсия метана различными окислителями может быть описана уравнениями:

CH₄ + H₂O Û CO + 3H₂ — 2066 Ч 10 2 дж (49,3 ккал),

CH₄ + CO₂ Û 2CO + 2H₂ — 2476 Ч 10 2 дж (59,1 ккал),

CH₄ + 0,5 O₂ Û 2H₂ + 356 · 10 2 дж (8,5 ккал),

CO + H₂O Û CO₂ + H₂ + 411 · 10 2 дж (9,8 ккал).

Реакции окисления гомологов метана идут аналогичным образом.

Различают конверсию газов каталитическую и высокотемпературную. Каталитическую конверсию метана проводят с водяным паром в трубчатых печах с внешним обогревом (паровая конверсия), а также с парокислородной смесью в аппаратах шахтного типа при небольшом (1,5—2 кгс/см 2 , или 0,15—0,2 Мн/м 2 , см. автотермическую конверсию в таблице) и повышенном (20—30 кгс/см 2 или 2—3 Мн/м 2 ) давлении. Наилучший катализатор — никелевый с различными добавками.

Высокотемпературную конверсию осуществляют в отсутствие катализаторов при температурах 1350—1450 °С и давлениях до 30—35 кгс/см 2 , или 3—3,5 Мн/м 2 ; при этом происходит почти полное окисление метана и др. углеводородов кислородом до CO и H₂. Примерный состав газа, получаемого при высокотемпературной кислородной некаталитической конверсии метана: 3-4% CO₂, 36—38% CO, 57-59% H₂, 0,2—0,4% CH₄, 2% N₂.

Преимущество этого метода — отсутствие катализатора и несложное аппаратурное оформление, недостаток — повышенный расход кислорода.

Состав газа, получаемого при каталитической конверсии метана под давлением до 200 кн/м 2 (2 кгс /см 2 )

Вообще, КОНВЕРСИЯ - это изменение, превращение (от лат. conversio), а химия - это наука, изучающая превращения веществ, сопровождающиеся изменением их состава и (или) строения. Так что, в широком смысле слова, любое химическое превращение веществ является конверсией.
Но есть специальный термин в химии и физике - КОНВЕРСИЯ ВНУТРЕННЯЯ - это явление, при котором возбужденное атомное ядро вместо испускания гамма-кванта передает избыточную энергию электронам, вследствие чего происходит вылет одного из электронов за пределы атома. Внутренняя конверсия сопровождается рентгеновским и оптическим излучениями.

КОНВЕРСИЯ ВНУТРЕННЯЯ - явление, при котором возбужденное атомное ядро вместо испускания ?-кванта передает избыточную энергию электронам (чаще всего ближайших к ядру К- или L-оболочек) , вследствие чего происходит вылет одного из электронов за пределы атома. Конверсия внутренняя сопровождается рентгеновским и оптическим излучениями.

Технологические показатели химических реакций: конверсия, выход селективность, производительность. Зависимость селективности от степени превращения для последовательных и параллельных реакций. Время контакта, объемная скорость и их взаимосвязь с количеством катализатора, длиной слоя.

Об эффективности осуществления любого пром-го процесса судят прежде всего по экономическим показателям, таким, как приведенные затраты, себестоимость продукции и т.д.

Для оценки эффективности отдельных этапов процесса необходимо помимо общих экономических показателей использовать такие критерии эффективности, которые более полно отражали бы хим. и физико-хим. сущность явлений, происходящих в отдельных апп. технологической схемы.

В кач-ве таких показателей принято прежде всего использовать степень превращения исходного реагента, выход продукта, селективность. Они с разных сторон характеризуют полноту использования возможностей осуществления конкретной хим. р-ции.

Степень превращения (конверсия)показывает на сколько полно в хим.- технологическом процессе используется исходное сырье.

Степень превращения- это отношение массы сырья, вступившего в р-ию за время t к исходной его массе:

m_a-кол-во сырья, не вступившего в р-ию;

m_c- кол-во сырья, поданного в р-ию.

Выход продукта.Степень превращения характеризует эффективность проведения процесса с точки зрения использования исходного сырья, но эта величина не всегда достаточно полно ее характеризует с точки зрения получения продукта р-ии. Поэтому вводят еще один критерий эффективности- выход продукта.

Выход продукта-это отношение реально полученного кол-ва продукта из использованного сырья к максимальному кол-ву, которое теоретически можно получить из того же сырья:

Селективность. Выход продукта характеризует полученный результат как долю от предельно возможного. Целесообразно оценить и реальную ситуацию, т.е. дать кол-ую оценку эффективности целевой реакции по сравнению с побочными взаимодействиями.

Критерием такой оценки явл. селективность.

Селективность-это отношение массы целевого продукта к общей массе в-в, полученных в данном процессе или к массе превращенного сырья за время t.

Выход продукта, степень превращения и селективность характеризуют глубину протекания хим. – технологического процесса, его полноту и направленность.

Производительность и интенсивность.Важным критерием эффективности работы отдельных апп., цехов или заводов в целом явл. производительность.

Производительность-это кол-во продукта полученного в единицу времени:

Для сравнения работы апп. различного устройства и размеров, в которых протекают одни и теже процессы, используют понятие интенсивность.

Интенсивностью – называют производительность, отнесенная к объему апп.V или к площади его сечения S.

И = П/V или И = П/S

Химическая технология, Соколов Р.С., Том 1, Москва, 2000, стр. 135-137

Степень превращения- это отношение массы сырья, вступившего в р-ию за время t к исходной его массе:

m_a-кол-во сырья, не вступившего в р-ию;

m_c- кол-во сырья, поданного в р-ию.

Критерием такой оценки явл. селективность.

Производительность-это кол-во продукта полученного в единицу времени:

Интенсивностью – называют производительность, отнесенная к объему апп.V или к площади его сечения S.

Преобразование и связанные с ним термины Уступать и избирательность являются важными терминами в инженерии химических реакций. Они описываются как отношения количества реагента, прореагировавшего (Икс - преобразование, обычно от нуля до единицы), сколько желаемого продукта было образовано (Y - выход, обычно также от нуля до единицы) и сколько желаемого продукта было образовано по отношению к нежелательному продукту (ам) (S - избирательность).

В литературе встречаются противоречивые определения селективности и урожайности, поэтому определение каждого автора следует проверить.

Конверсию можно определить для реакторов (полу) периодического и непрерывного действия, а также как мгновенную и полную конверсию.

Содержание

Предположения

Сделаны следующие предположения:

Периодическая реакция предполагает, что все реагенты добавляются в начале.
Полупериодическая реакция предполагает, что некоторые реагенты добавляются в начале, а остальные вводятся во время загрузки.
Непрерывная реакция предполагает, что реагенты подаются, а продукты покидают реактор непрерывно и в устойчивое состояние.

Преобразование

Преобразование можно разделить на мгновенное преобразование и общее преобразование. Для непрерывных процессов они одинаковы, для периодических и полупериодических процессов есть важные различия. Кроме того, для нескольких реагентов конверсия может быть определена в целом или для каждого реагента.

Мгновенное преобразование

Полупакет

В этой настройке есть разные определения. Одно определение рассматривает мгновенное преобразование как отношение мгновенно преобразованного количества к количеству, подаваемому в любой момент времени:

Это соотношение может стать больше 1. Его можно использовать для индикации накопления резервуаров, и в идеале оно близко к 1. Когда подача прекращается, его значение не определяется.

При полупериодической полимеризации мгновенное превращение определяется как общая масса полимера, деленная на общую массу подаваемого мономера: [1] [2]

Общая конверсия

Пакетная (это общепринятая форма)

Полупакет

Общее преобразование рецептуры:

Общая конверсия подаваемых реагентов:

Непрерывный (это общепринятая форма)

Уступать

Уступать в целом относится к количеству конкретного продукта (п в 1..м) образуется на моль израсходованного реагента (Определение 1 [3] ). Однако он также определяется как количество произведенного продукта на количество продукта, которое может быть произведено (Определение 2). Если не все ограничивающий реагент отреагировал, эти два определения противоречат друг другу. Комбинирование этих двух также означает, что необходимо учитывать стехиометрию и что выход должен быть основан на ограничивающем реагенте (k в 1..п):

Непрерывный

Версия, обычно встречающаяся в литературе:

Селективность

Мгновенная селективность - это производительность одного компонента на производительность другого компонента.

Для общей избирательности существует та же проблема противоречивых определений. Как правило, он определяется как количество молей желаемого продукта на количество молей нежелательного продукта (Определение 1 [4] ). Однако используются определения общего количества реагента для образования продукта на общее количество потребляемого реагента (определение 2), а также общего количества образованного желаемого продукта на общее количество потребляемого ограничивающего реагента (Определение 3). Это последнее определение совпадает с определением 1 для yield.

Партия или полу-партия

Версия, обычно встречающаяся в литературе:

Непрерывный

Версия, обычно встречающаяся в литературе:

Комбинация

Для реакторов периодического и непрерывного действия (полупериодические реакторы необходимо проверять более тщательно) и определения, отмеченные как те, которые обычно встречаются в литературе, три концепции могут быть объединены:

Для процесса с единственной реакцией

это означает, что S= 1 и Y=Икс.

Абстрактный пример

Сравнение и соотношение между конверсией (X), селективностью (S) и Уступать (Y) для химической реакции. А: реагент; B, C: продукты.

Для следующего абстрактного примера и количеств, изображенных справа, следующий расчет может быть выполнен с приведенными выше определениями либо в периодическом, либо в непрерывном реакторе.

B - желаемый продукт.

Имеется 100 моль A в начале или на входе в реактор непрерывного действия и 10 моль A, 72 моль B и 18 моль C в конце реакции или на выходе из реактора непрерывного действия. Обнаружены три свойства:

Читайте также: