 |
Основные закономерности химической технологии
|
|
|
|
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра технологии неорганических веществ
И общей химической технологии
ОБЩАЯ ХИМИЧЕСКАЯ
ТЕХНОЛОГИЯ
Учебно-методическое пособие
для студентов-заочников специальностей
1-48 01 01, 1-48 01 02, 1-48 01 05, 1-48 02 01, 1-57 01 01, 1-57 01 03, 1-36 07 01 специализаций 1-25 01 07 24, 1-25 01 08 15
Минск 2003
ВВЕДЕНИЕ
Интенсификация и модернизация действующих производств, развитие экологически чистых и безотходных технологий, создание энерго- и материалосберегающих технологических схем требует качественной подготовки инженерных кадров широкого профиля. В этой связи важное место отводится курсу «Общая химическая технология», которым завершается общая химико-технологическая подготовка будущих инженеров.
Главной целью курса «Общая химическая технология» является приобретение знаний основных закономерностей химического производства с учетом использования положений общенаучных (химия, физика, физическая химия, математика) и общеинженерных дисциплин (процессы и аппараты химических производств), овладение умениями применения указанных закономерностей к анализу стадий химико-технологического процесса и создания оптимальных химико-технологических систем, выполнения химико-технологических расчетов и навыками практического использования полученных знаний в своей профессиональной деятельности.
В соответствии с учебными планами курс «Общей химической технологии» студенты заочного факультета изучают в 6 и 7 семестрах. Программа курса включает цикл лекций и лабораторный практикум. Для лучшего усвоения материала предусмотрено выполнение контрольной работы.
|
|
|
Список литературы, необходимый для успешного изучения курса ОХТ и выполнения контрольной работы, приведен в конце данного пособия.
ТРЕБОВАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Задания на выполнение контрольной работы выдаются преподавателем в период установочной лекции (6 семестр). Студенты заочной формы обучения выполняют и высылают контрольную работу на рецензирование до начала соответствующей экзаменационной сессии.
Каждый вариант контрольной работы включает 5 задач по основным разделам курса. По каждой задаче предусмотрено до 10 видов заданий. Студент решает вариант, соответствующий последней цифре шифра, а номер задания (примера) – соответствующий предпоследней цифре шифра. Так, если номер шифра 480345 – студент решает задачи 5-го варианта, задание (пример) 4.
В целях успешного выполнения контрольной работы, а также текущего контроля хода ее выполнения преподавателями кафедры организованы регулярные консультации. Кроме того, в начале каждой задачи настоящего методического пособия подробно рассматриваются примеры решения данных типов задач.
Контрольная работа оформляется в тетрадях общего формата. Все расчеты должны выполняться в международной системе СИ с подробным их описанием.
ПРОГРАММА КУРСА
«ОБЩАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ»
Введение
Цели и задачи курса. Химическая технология как наука о наиболее экономичных и экологически обоснованных методах химической переработки сырья, природных материалов в предметы потребления и средства производства. Основные направления в развитии химической технологии – создание высокоэффективных производств, энерго- и материалосберегающие технологии, защита окружающей среды от промышленных загрязнений, новые эффективные процессы получения химической продукции.
|
|
|
Химико-технологические системы
Химическое производство как система взаимосвязанных потоков, элементов и протекающих в них процессов, основные понятия и определения. Химическое производство, производственные объединения, химико-технологический процесс (ХТП), технологические параметры, технологический режим, сырье, вспомогательные материалы, целевой продукт, отходы и др.
Химическое производство как многофункциональная химико-технологическая система (ХТС). Функциональные подсистемы – подготовка сырья, химическое превращение, выделение целевого продукта, утилизация отходов и обезвреживание сточных вод и газообразных выбросов.
Качественные и количественные оценки эффективности химического производства. Технологические показатели: степень превращения, выход, селективность, расходные коэффициенты, производительность, мощность. Экономические показатели: себестоимость продукта, приведенные затраты, производительность труда. Эксплуатационные показатели: надежность и безопасность функционирования, управляемость. Социальные показатели: степень механизации и автоматизации, наличие выбросов, отходов, меры по охране окружающей среды.
Составление и расчет материальных и тепловых балансов ХТС и ее подсистем, отдельных элементов.
Эксергетический анализ как метод оценки эффективности использования потенциала сырья и энергии.
Общие принципы разработки и создания ХТС. Основные этапы создания химико-технологических процессов. Классификация моделей ХТС. Функциональная, структурная, операторная, технологическая схемы. Типы технологических связей.
Сырьевая и энергетическая подсистемы ХТС. Классификация сырья, запасы сырья и энергии, вторичные материальные и энергетические ресурсы. Рациональное и комплексное использование сырьевых ресурсов. Принципы обогащения сырья. Использование воды и воздуха в промышленности. Промышленная водоподготовка.
Основные закономерности химической технологии
Химические процессы (ХП) и их роль в структуре химического производства. Классификация химических реакций, лежащих в основе химических процессов. Равновесие химических реакций. Расчет равновесия по термодинамическим данным. Равновесная степень превращения и ее связь с константой равновесия. Способы смещения равновесия. Физико-химические закономерности химического превращения – стехиометрические, термодинамические, кинетические. Взаимосвязь типа реакций, условий их проведения и показателей ХП – степени и скорости превращения, выхода продукта, избирательности. Температура, концентрация, давление как основные технологические параметры химического процесса. Влияние температуры, концентрации, давления на степень превращения реагентов для химических процессов, в основе которых лежат простые обратимые, необратимые, экзо-, эндотермические или сложные реакции.
|
|
|
Скорость химических процессов. Кинетические уравнения простых, сложных, гомогенных и гетерогенных реакций. Константа и коэффициент скорости, порядок реакции. Способы изменения скорости реакций (влияние концентрации, температуры, давления, поверхности раздела фаз).
Термодинамические и кинетические закономерности как основа выбора оптимального технологического режима. Понятие оптимального технологического режима. Оптимальный температурный режим и способы его осуществления в реакторах для эндо- и экзотермических, обратимых и необратимых ХП. Выбор оптимальных концентраций реагентов, давления. Обоснование оптимального технологического режима на примерах промышленных химических процессов (окисление SO2, синтез NH3, конверсия СН4, окисление NH3, окисление FeS2 и др.). Технические решения, связанные с увеличением степени и скорости превращения исходных реагентов на примерах химических процессов (двойное контактирование, ввод конденсата для охлаждения газовой смеси и др.).
Гетерогенные процессы
Гетерогенные химические процессы. Взаимное влияние химической реакции и переноса массы на скорость гетерогенных процессов. Стадии гетерогенных процессов. Лимитирующая стадия и ее определение. Область протекания гетерогенных процессов. Диффузия в газовых, жидких, твердых средах. Система газ – твердое. Характеристика и классификация процессов, протекающих в системе газ – твердое. Диффузионные стадии процессов в системе газ – твердое. Кинетические модели процесса. Математическое описание скорости процессов, протекающих во внешне-, внутридиффузионной, кинетической областях.
|
|
|
Система газ – жидкость. Пленочная модель газожидкостных процессов. Влияние растворимости газа, лимитирующей стадии на зону реакции. Скорость процессов в системе газ – жидкость при физической и химической абсорбции.
Система твердое – жидкость. Характеристика и классификация процессов в системе твердое – жидкость. Лимитирующая стадия процессов и их кинетические модели.
Скорость процессов при твердофазном взаимодействии.
Уравнение скорости гетерогенных процессов и методы их интенсификации. Движущая сила процесса в системах газ – твердое, газ – жидкость, жидкость – твердое и пути ее увеличения. Применения прямотока и противотока в гетерогенных процессах.
|
|
|
