1.6 Замораживание системы в состоянии наиболее выгодном для проведения процесса

Иногда во время проведения реакции достигаются довольно высокие концентрации целевого продукта, но в дальнейшем может произойти разложение этого продукта. В подобных случаях систему необходимо замораживать, т.е. так снижать температуру процесса, чтобы скорость разложения неустойчивого продукта была очень незначительна. Замораживание ведут в двух случаях:

1. Обратимая эндотермическая реакция. Большие концентрации продуктов достигаются в состоянии равновесия при высокой температуре. Во время медленного охлаждения после реакционной смеси реакция проходит в противоположном направлении, и из продуктов снова образуются исходные вещества. Примером может служить реакция получения оксида азота из азота и кислорода воздуха.

2. Целевой продукт образуется в одной из промежуточных реакций и может подвергаться последующим превращениям. С термодинамической точки зрения такой продукт неустойчив в данных условиях проведения процесса. В качестве примера можно указать на окисление метанола до формальдегида в присутствии серебряного катализатора.

2 Принцип наилучшего использования энергии

2.1 Энергетический баланс

Эффективность расходования энергии в процессе устанавливается с помощью энергетического баланса. Основой его служит закон:

(Е + mc²) = const

m – масса, с – скорость света в вакууме, Е – энергия.

Когда в системе отсутствуют ядерные превращения, величина энергии в приведенной зависимости постоянна.

При разработке технологического процесса обычно данных для составления энергетического баланса недостаточно. Поэтому ограничиваются тепловым балансом, отнеся его к тем же единицам, которые использовались для составления материального баланса.

Если при проведении процесса энергия может подводиться или отводиться в иной форме, чем тепловая, то в общем балансе она учитывается с помощью соответствующих эквивалентов теплоты.

В таком балансе количества энергии, подведенные к системе и полученные в результате превращений (приход тепла), должны быть равны количествам, которые расходуются на проведение отдельных этапов процесса, преобразовываются в другие виды энергии и отводятся из системы материальными потоками, а также теряются в окружающую среду (расход тепла).

Для составления теплового баланса необходимо знать удельные теплоемкости участвующих в процессе веществ, тепловые эффекты химических реакций (из термохимических расчетов) и теплоты фазовых превращений.

На основании указанных термохимических данных, химического состава и количеств веществ в отдельных потоках можно рассчитать тепловые доли различных превращений, представляющие собой статьи прихода и расхода баланса отдельных этапов процесса и в конечном итоге всего технологического процесса.

Тепловые потери определяются по известным формулам, однако, поскольку они зависят от условий проведения процесса в предварительном балансе используются ориентировочные их значения, установленные по данным изучения аналогичных реализованных процессов. Более точный баланс можно составить, пользуясь данными о работе опытных установок.

Удобной формой представления тепловых балансов являются диаграммы того же типа, что и используемые для материальных балансов.

Рис 2. Поточные диаграммы тепловых балансов:

а—печь для обжига известняка; б—полочная печь; а—аппарат Дуайт—Ллойда.