Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Гетерогенно-каталитические процессы




 

Гетерогенно-каталитические процессы. Гетерогенный катализ на твердом катализаторе. Внешняя и внутренняя поверхность катализатора. Пути развития поверхности катализатора (применение пористых носителей для каталитически активных веществ, целенаправленное получение пористой структуры катализаторов). Классификация пор в структуре адсорбентов и катализаторов. Степень использования внутренней поверхности. Контактные массы и их состав. Технологические характеристики и требования к промышленным катализаторам.

Стадии гетерогенно-каталитических процессов и области их протекания. Микрокинетика гетерогенно-каталитических процессов. Адсорбция на поверхности катализатора. Скорость химического превращения на поверхности катализатора.

Макрокинетика гетерогенно-каталитических процессов. Внешняя и внутренняя диффузия как лимитирующая стадия процесса. Оптимальные форма, размер зерен и пористая структура катализатора.

Выбор оптимального режима гетерогенно-каталитических процессов: температуры, давления, объемной скорости. Пути интенсификации гетерогенно-каталитических процессов.

Химические реакторы

 

Химические реакторы и их классификация. Требования к химическим реакторам как основному элементу ХТС. Математическое и физическое моделирование химических реакторов. Материальный баланс реакторов, работающих в стационарном и нестационарном режимах. Вывод характеристических уравнений для реакторов идеального смешения и вытеснения.

Каскад реакторов. Аналитический и графический методы расчета реакторов.

Сравнение эффективности работы реакторов, описываемых различными моделями (идеального смешения, идеального вытеснения, каскада). Выбор оптимальной схемы и организации потока в реакторе.

Тепловой баланс реактора. Изотермический, адиабатический, политропический режимы работы реакторов. Уравнение теплового баланса для идеальных реакторов.

Теплообмен в реакторах. Способы осуществления оптимального температурного режима. Выбор типа реактора с учетом теплового режима.

Устройство промышленных реакторов. Реакторы для гомогенных, гетерогенных некаталитических, гетерогенно-каталитических процессов.

 

Инженерное оформление химико-технологических

Процессов

 

Инженерное оформление химико-технологических процессов на примерах получения различных химических продуктов (с учетом профиля специальности). Физико-химические основы получения химических продуктов, построение функциональной и технологической схем их получения. Аппаратурное оформление отдельных узлов. Технологический режим, оптимальные условия, технологические параметры.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ

 

Вариант 0

 

1. Классификация химико-технологических процессов.

2. Равновесие химической реакции, факторы, влияющие на состояние химического равновесия.

3. Сравнение реакторов различного типа по интенсивности, селективности и выходу.

 

Вариант 1

 

1. Технологические показатели химико-технологического процесса (степень превращения, выход, селективность, производительность, интенсивность, расходные коэффициенты).

2. Пути и способы интенсификации гомогенных процессов.

3. Каскад реакторов, методы расчета каскада реакторов

 

Вариант 2

 

1. Классификация вод. Физико-химические показатели качества воды.

2. Способы интенсификации гетерогенных процессов в системе газ – жидкость.

3. Промышленные реакторы для каталитических процессов, виды, характеристика.

Вариант 3

 

1. Сырье химической промышленности, классификация видов сырья, методы обогащения.

2. Способы интенсификации гетерогенных процессов в системе газ – твердое.

3. Реактор идеального вытеснения; вывод характеристического уравнения.

 

Вариант 4

 

1. Основные стадии промышленной водоподготовки. Методы умягчения воды.

2. Способы увеличения движущей силы процесса, коэффициента скорости, поверхности массообмена для систем твердое – твердое, жидкость – твердое, жидкость – газ.

3. Классификация реакторов.

 

Вариант 5

 

1. Энергетическая база химической промышленности. Виды используемой энергии, вторичные энергоресурсы, энерготехнологические схемы.

2. Способы увеличения скорости обратимых экзо- и эндотермических реакций.

3. Реактор идеального смешения непрерывный; вывод характеристического уравнения.

 

Вариант 6

 

1. Основные направления рационального и комплексного использования сырья и энергии в химической промышленности.

2. Необратимые экзо- и эндотермические реакции. Выбор оптимального технологического режима.

3. Промышленные реакторы для гетерогенных процессов в системе газ – твердое.

 

Вариант 7

 

1. Состав и способы получения промышленных катализаторов. Требования к промышленным катализаторам.

2. Влияние температуры, давления, концентрации на степень превращения и скорость процессов различного вида (обратимых и необратимых, экзо- и эндотермических).

3. Классификация химических реакторов по тепловому режиму, уравнение теплового баланса реактора.

 

Вариант 8

 

1. Принципы составления материального баланса химико-технологических процессов.

2. Промышленный катализ, виды катализа. Механизм действия катализаторов. Основные стадии гетерогенного катализа.

3. Промышленные реакторы для гетерогенных процессов в системе газ – жидкость.

 

Вариант 9

 

1. Принцип составления энергетического баланса химико-технологических процессов.

2. Реактор идеального смешения периодический; вывод характеристического уравнения.

3. Гетерогенный процесс, его особенности. Стадии гетерогенного процесса. Лимитирующая стадия гетерогенного процесса и способы ее определения.

 

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ

 

Водоподготовка

 

Благодаря универсальным свойствам вода широко применяется в химической промышленности в качестве сырья, химического реагента, растворителя, теплоносителя, хладоагента.

Качество воды определяется ее физико-химическими характеристиками, основными из которых являются прозрачность, цвет, запах, температура, солесодержание, жесткость, окисляемость, рН и др. В зависимости от назначения воды к ней предъявляются определенные требования по содержанию примесей, которые регламентируются нормативно-технической документацией (ГОСТ, ТУ). Для большинства производств основным качественным показателем служит жесткость, обусловленная содержанием в воде солей кальция и магния. Она выражается в ммоль × экв ионов Са2+ и Mg2+ в 1 л воды. Различают три вида жесткости: временную (карбонатную, либо устранимую), постоянную (неустранимую) и общую (сумму временной и постоянной).

Для производственных целей осуществляют предварительную очистку воды. Промышленная водоподготовка представляет собой комплекс технологических операций, обеспечивающих очистку воды до необходимых требований. Основными операциями являются: очистка воды от взвешенных примесей отстаиванием и фильтрованием, коагуляция, умягчение или обессоливание, дегазация и обеззараживание.

Наиболее широко в промышленных масштабах применяются операции умягчения и обессоливания. Для умягчения воды используют следующие методы: физические (кипячение, выпаривание), химические (реагентные: известковый, содовый, натронный, фосфатный), физико-химические (ионный обмен). Для обессоливания используют физический (дистилляция) и физико-химические (электроосмос, ионный обмен) методы.

Пример. Рассчитать массу извести, содержащей 85 % основного вещества (СаО), и соды, содержащей 98 % основного вещества (Na2CO3), для умягчения 1000 м3 воды с общей жесткостью 8,5 ммоль × экв/л, в том числе постоянная (некарбонатная) жесткость – 4,0 ммоль × экв/л.

Решение. В процессе умягчения воды известково-содовым методом известь вводится в процесс в виде водного раствора гидроксида кальция, получаемого путем гашения извести водой по реакции

СаО + Н2О = Са(ОН)2. (1)

В процессе умягчения воды гидроксид кальция реагирует с солями временной жесткости с образованием труднорастворимых соединений по следующим реакциям:

Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3¯ + 2Н2О; (2)

Mg(НСО3)2 + 2Са(ОН)2 = 2СаСО3¯ + Mg(ОН)2¯ + 2Н2О. (3)

Для определения массы извести необходимо знание величины временной (карбонатной) жесткости, которая находится как разность между общей и постоянной жесткостью:

ЖК = ЖО - ЖН = 8,5 - 4,0 = 4,5 ммоль × экв/л, или 4,5 моль × экв/м3.

Масса Са(ОН)2, необходимая для устранения временной жесткости в 1 м3 воды, определяется по формуле

m Са(ОН)2 = ЖК × M (1/2Са(ОН)2),

где M (1/2Са(ОН)2) – молярная масса эквивалента Са(ОН)2.

m Са(ОН)2 = 4,0 × (74 / 2) = 148,0 г/м3 (0,148 кг/м3).

Масса Са(ОН)2, необходимая для умягчения 1000 м3:

m’Са(ОН)2 = m Са(ОН)2 × V H2O,

где V H2O – объем умягчаемой воды, м3.

m’Са(ОН)2 = 0,148 × 1000 = 148,0 кг.

Массу оксида кальция, необходимого для получения 148 кг гидроксида кальция, рассчитываем в соответствии с уравнением реакции (1):

m CаO = m’Са(ОН)2 × М CаO / М Са(ОН)2,

где М CаO – молярная масса СаО; М Са(ОН)2 – молярная масса Са(ОН)2.

m CаO = 148 × 56 / 74 = 112 кг.

Масса технической извести, необходимой для умягчения 1000 м3 воды, определяется следующим образом:

m ИЗВ = m CаO × 100 / 85,

где 85 – массовая доля СаО в извести, %.

m ИЗВ = 112 × 100 / 85 = 131,8 кг.

Сода для умягчения воды вводится для устранения солей постоянной жесткости:

CaCl2 + Na2CO3 ® CaCO3¯ + 2NaCl;

CaSO4 + Na2CO3 ® CaCO3¯ + Na2SO4.

Определим массу Na2CO3, необходимого для устранения постоянной жесткости в 1 м3 воды:

m Na2CO3 = ЖП × M (1/2 Na2CO3),

где M (1/2 Na2CO3) – молярная масса эквивалента Na2CO3.

m Na2CO3 = 4 × (106 / 2) = 212 г/м3 (0,212 кг/м3).

Определяем массу технической соды, необходимой для умягчения 1000 м3 воды:

m СОДЫ = (m Na2CO3 / Х Na2CO3) × VH2O,

где Х Na2CO3 – массовая доля Na2CO3 в соде; V H2O – объем умягчаемой воды, м3.

m СОДЫ = 0,212 / 0,98 × 1000 = 216,3 кг.

 

Вариант 0

 

Определить карбонатную, некарбонатную и общую жесткость воды заданного состава. Определить массу известкового молока и технической соды, необходимых для умягчения воды.

 

Исходные данные Номер примера
0, 1 2, 3 4, 5 6, 7 8, 9
1. Массовая концентрация в воде, мг/л:          
Са2+          
Mg2+          
HCO3-          
2. Массовая доля Са(ОН)2 в известковом молоке, %         6,5
3. Массовая доля Na2CO3 в технической соде, % 98,0 98,2 99,0 98,4 98,9
4. Объем умягчаемой воды, м3          

 

Вариант 1

 

Определить карбонатную, некарбонатную и общую жесткость воды заданного состава, а также массу фосфата натрия (Na3PO4 × 12H2O), необходимого для ее умягчения.

 

Исходные данные Номер примера
0, 2 3, 4 5, 6 7, 8 9, 1
1. Массовая концентрация солей кальция, г/л:          
СаSO4 0,15 0,18 0,20 0,25 0,35
CaCl2 0,48 0,30 0,18 0,05 0,09
2. Массовая концентрация солей магния, г/л:          
MgSO4 0,03 0,02 0,08 0,11 0,05
MgCl2 0,09 0,06 0,10 0,13 0,09
3. Массовая концентрация NaHCO3, г/л 0,50 0,48 0,53 0,55 0,49
4. Объем умягчаемой воды, м3          

 

Вариант 2

 

Определить продолжительность работы катионитового фильтра без регенерации до исчерпания обменной способности.

 

Исходные данные Номер примера
0, 5 1, 6 2, 7 3, 8 4, 9
1. Обменная емкость катионита, моль-экв/м3          
2. Объем катионита в фильтре, м3          
3. Объемный расход воды, м3          
4. Общая жесткость воды, ммоль × экв/л 4,2 4,8 5,1 4,6 5,8

Вариант 3

 

Рассчитать массу известкового молока и раствора соды, необходимых для умягчения воды известково-содовым способом.

 

Исходные данные Номер примера
0, 6 1, 7 2, 8 3, 9 4, 5
1. Общая жесткость воды, ммоль × экв/л 10,8 8,6 6,9 8,4 9,3
2. Карбонатная жесткость, ммоль × экв/л 5,4 3,8 2,4 3,2 3,5
3. Массовая концентрация CO2, мг/л          
4. Массовая доля Са(ОН)2 в известковом молоке, % 6,0 5,0 8,0 12,0 15,0
5. Массовая доля соды, % 10,0 12,0 9,0 8,0 10,5
6. Объем умягчаемой воды, м3          

Вариант 4

 

Определить массу каустической соды, необходимой для устранения карбонатной жесткости. Определить, на сколько изменится общая жесткость воды после устранения карбонатной жесткости.

 

 

Исходные данные Номер примера
0, 7 1, 8 2, 9 3, 5 4, 6
1. Карбонатная жесткость, ммоль × экв/л 3,5 4,8 2,6 3,1 4,2
2. Общая жесткость воды, ммоль × экв/л 8,1 9,1 6,2 5,4 7,3
3. Объем умягчаемой воды, м3          
4. Массовая доля NaOH в каустической соде, % 99,0 99,5 98,0 99,1 98,5

 

Вариант 5

 

Рассчитать объем катионита, необходимого для умягчения воды в течение заданного времени.

 

Исходные данные Номер примера
0, 8 1, 9 2, 5 3, 6 4, 7
1. Объемный расход воды, м3          
2. Продолжительность работы катионита без регенерации, сутки          
3. Обменная емкость катионита, моль × экв/м3          
4. Общая жесткость воды, ммоль × экв/л 6,5 7,0 4,6 5,2 6,1

 

Вариант 6

 

Определить массу известкового молока для умягчения воды заданного состава

 

Исходные данные Номер примера
0, 9 1, 5 2, 6 3, 7 4, 8
1. Общая жесткость воды, ммоль × экв/л 10,5 12,1 11,8 13,0 9,4
2. Постоянная жесткость воды, ммоль × экв/л 6,1 7,2 6,8 7,4 5,4
3. Массовая доля Са(ОН)2 в известковом молоке, %          
4. Массовая концентрация СО2, мг/л 15,1 14,8 13,2 15,5 14,3
5. Объемный расход воды, м3          

Вариант 7

Рассчитать массу соляной кислоты, необходимой для перевода карбонатной жесткости в некарбонатную. Чему будет равна после этого некарбонатная жесткость?

Исходные данные Номер примера
0, 5 1, 6 2, 7 3, 8 4, 9
1. Общая жесткость воды, ммоль × экв/л 10,2 11,8 9,3 9,8 12,0
2. Постоянная жесткость воды, ммоль × экв/л 5,1 4,3 5,9 6,0 7,2
3. Массовая доля HCl, %          
4. Объемный расход воды, м3          

 

Вариант 8

После кипячения пробы воды в течение 1 часа ее жесткость уменьшилась на Х ммоль × экв/л. Определить массу гашеной извести и технической соды, необходимых для умягчения воды известково-содовым способом.

 

Исходные данные Номер примера
0, 6 1, 7 2, 8 3, 9 4, 5
1. Общая жесткость воды, ммоль × экв/л 10,8 10,2 11,3 9,2 12,0
2. Изменение (уменьшение) жесткости пробы воды после кипячения (Х), ммоль × экв/л 3,8 4,5 3,3 4,1 4,8
3. Массовая доля Са(ОН)2 в гашеной извести, %          
4. Массовая доля Na2CO3 в технической соде, % 98,0 98,5 98,2 98,4 98,6
5. Объемный расход воды, м3          

Вариант 9

Для обессоливания воды ее последовательно пропускают через Н-катионит и ОН-анионит. Определить объем Н-катионита, который необходим для удаления из воды имеющихся катионов в течение заданного времени.

 

Исходные данные Номер примера
0, 5 1, 6 2, 7 3, 8 4, 9
1. Массовая концентрация катионов в воде, мг/л Na+ K+ Ca2+ Mg2+ Fe3+ Al3+                    
2. Объемная емкость катионита, моль × экв/л          
3. Объемный расход воды, м3          
4. Продолжительность работы катионита без регенерации, ч          
Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...