Кинетический анализ. 
Пиролиз метана в производстве сажи

Процесс пиролиза метана относится к гетерогенным процессам. В нашем процессе лимитирующей стадией является образование зародышевых частиц углерода.

Кинетическое уравнение для нашего процесса будет иметь следующий вид:

(1.8).

где WА — скорость реакции,.

S — удельная поверхность сажевых частиц в момент времени t;

г — удельный вес смеси;

n — константа скорости и порядок реакции торможения водородом;

— концентрация углеводорода в реакция пиролиза. 5].

Оценим влияние различных факторов для нашего процесса:

Влияние температуры:

Для оценки влияния температуры на скорость процесса используем значения энергии активации. Предэкспоненциальный множитель в уравнении Аррениуса в реакциях пиролиза одинаков и равняется, А. Значения энергии активации принимает следующие значения:

Для пиролиза метана.

Для пиролиза этана.

Для пиролиза пропана.

Теперь мы можем по уравнению Аррениуса оценить влияние температуры на константу скорости.

(1.9).

Апредэкспоненциальный множитель;

R-универсальная газовая постоянная [;

Т-температура, [K].

Таблица 3.8 «Влияние температуры на константу скорости».

T.
	152 665,2.
	177 493,2.
	1,41.	5,98E.	4,09.
	6,62.	1,86.	7,34.
	5,62.	1,25.	3,65.
	2,19.	4,22.	1,01.
	5,62.	9,79.	2,05.
	7,4.	1,25.	2,52.
	8,14.	1,36.	2,71.

Влияние давления:

В кинетическом уравнении мы можем заменить концентрацию углеводорода [A] парциальным давлением углеводорода :

В таком случае, увеличение общего давления в системе будет благоприятно влиять на скорость протекания пиролиза.

Влияние удельной поверхности сажевых частиц:

По кинетическому уравнению увеличение удельной поверхности сажевых частиц способствует уменьшению площади сажевых частиц и сокращает время пребывания частиц в печи, что благоприятно сказывается на скорости реакции.

Выводы кинетического анализа:

Ключевое влияние на процесс оказывает температура. С увеличением температуры скорость реакции возрастает.

Для ускорения реакции следует повышать общее давление системы.

Для повышения скорости реакции нам следует увеличивать концентрацию исходных реагентов, и понижать концентрацию конечных продуктов.

Повышение удельной поверхности сажевых частиц способствует увеличению скорости реакций пиролиза.

Оптимальные параметры технологического процесса

Для проведения процесса нужно поддерживать высокую температуру, т.к. при температурах ниже 930К, термодинамическая вероятность и скорость процесса пиролиза снижаются. Оптимальной температурой для протекания процесса является Т=1373К, т.к. при более высокой температуре уменьшается выход продукта.

Давление следует повышать, т.к. повышение давления увеличивает вероятность протекания реакций в прямом направлении, а также увеличивает скорость протекания процесса.

Нам следует постоянно увеличивать количество подаваемого углеводорода (исходного реагента) и отводить водород с сажей (продукты реакции) для увеличения выхода продукта и увеличения скорости реакции.

Для увеличения удельной поверхности сажи нам следует сокращать время пребывания сажевых частиц в печи. Это способствует увеличению скорости протекания процесса.