 |
Кроме того, различают нуклеофильный, электрофильный и металлокомплексный катализ.
|
|
|
|
Гомогенный катализ.
Гомогенный катализ широко используется в химической технологии, особенно в технологии органических веществ и полимерных материалов. При выборе катализатора
Гомогенные катализаторы, как правило, очень активны, но имеют определенные недостатки:
- сложность отделения катализатора от реакционной массы
- сложность регенерации катализатора
В зависимости от природы катализатора и среды различают:
Общий кислотно-основный катализ
Специфический кислотно-основный катализ
Кроме того, различают нуклеофильный, электрофильный и металлокомплексный катализ.
3) Химическая технология как наука.
Химическая технология — наука о наиболее экономичных и экологически обоснованных методах химической переработки сырых природных материалов в предметы потребления и средства производства.
4) Промышленное использование гомогенных каталитических процессов
5) Значение химической технологии и химического машиностроения для народного хозяйства.
Одной из главных задач отраслей химического комплекса является развитие химического материаловедения.Создание и производство новых химических материалов, развитие технологии их переработки радикальным образом влияют на повышение надежности и долговечности машин и оборудования, снижение их материалоемкости, энергоемкости и трудоемкости изготовления.
6) Классификация реакторов по характеру смешивания и вытеснения веществ, участвующих в процессе
Для проведения процессов химического превращения веществ используют различные реакционные аппараты (реакторы), различающиеся по характеру смешивания и вытеснения веществ, участвующих в процессе:
|
|
|
- реакторы идеального или почти идеального смешивания (5.1 а)
- реакторы идеального или почти идеального вытеснения (5.1 б)
- противоточного типа (5.1 в)
- комбинированного типа
Реакторами идеального смешивания обычно служат емкостные аппараты с механическим перемешиванием мешалкой или циркуляционным насосом. Достоинством этих аппаратов является хорошее перемешивание реагентов и катализатора (если он используется). Недостатком их является – прямое попадание части исходных веществ в выводимую реакционную смесь и невозможность осуществить начальную стадию реакции, используя исходные вещества высокой концентрации, так как они почти сразу оказываются разбавленными продуктами реакции.
Реакторами идеального вытеснения обычно служат трубчатые аппараты или колонны, длина или высота которых значительно превосходит диаметр. Данный реактор может иметь вертикальную, горизонтальную или наклонную форму, форму змеевика. Их достоинством является - отсутствие возможности непосредственного попадания исходных реагентов в выводимую реакционную смесь. Недостаток – трудность достижения хорошего перемешивания в каждой зоне аппарата. Это решают установкой различных устройств для перемешивания и проводят процесс на большой скорости для турбулизации потока.
Реакторы противоточного типа часто используются когда реакционная смесь является двухфазной: жидкость- газ (пар), жидкость-жидкость. Они позволяют обеспечить преобладание одного реагента на одном конце аппарата и другого реагента на другом конце аппарата. Проблемой этих реакторов является обеспечение достаточно интенсивногоконтактирования фаз
Аппараты почти идеального смешения пригодны для жидкофазных процессов, особенно при использовании жидкого или растворимого катализатора. Достаточно часто они распространены и в периодических процессах.
|
|
|
Применение реакторов идеального вытеснения более удобно для процессов с твердыми катализаторами.
Широко распространены и реакторы комбинированного типа, в которых сочетаются зоны идеального смешения и идеального вытеснения
7) Сырье в химической промышленности.
Сырье – природные материалы, используемые в производстве промышленных продуктов. Выбор того или иного вида сырья в значительной степени определяет технологию производства, себестоимость и качество получаемого продукта.
В качестве сырья могут быть применены природные материалы, полупродукты и отходы производства.
Полупродукты (полуфабрикаты) – это сырье, которое подвергалось промышленной переработке. Например, гранулы полиэтилена в производстве полимерных материалов, обработанная древесина, металлы.
Отходы – побочные продукты, которые не используются на данном предприятии, но могут служить сырьем для производства продуктов на других предприятиях (стеклобой, диоксид серы является отходом при производстве цветных металлов, но может быть использован в качестве сырья для производства серной кислоты).
Сырье, прошедшее ряд стадий обработки (обогащение, измельчение, разделение на фракции и прочие) с целью подготовки его к применению, называется технологическим.
Исходное сырье должно отвечать определённым требованиям, указанным в нормативной и технической документации (ГОСТ, ОСТ, ТУ). Перед применением сырье всегда подвергается входному контролю.
8) Особенности реакторов с использованием твердых катализаторов в стационарном и во взвешенном состояниях.
В стационарном состоянии катализатор располагают в один или в несколько слоев на специальных сетках внутри реактора и сквозь них пропускают поток жидкости или пара сверху вниз или снизу вверх
Реакторы со взвешенным катализатором используются в крупнотоннажных производствах, в основном органических продуктов. Катализатор поддерживают во взвешенном состоянии с помощью потока газа или жидкости. Поэтому их главное достоинство – хороший массообмен (взаимодействие между собой сырья и катализатора), а также возможность непрерывно выводить катализатор из зоны реакции на регенерацию. Для этого типа реакторов устанавливают жесткие требования к свойствам катализатора - он должен иметь определенный размер частиц (мелкие, но не чрезмерно), быть прочным к истиранию; интенсивности взвешивающего потока. Кроме того реактор должен быть снабжен устройствами для улавливания катализатора и отделения его от выходящего реакционного потока.
|
|
|
9) Виды и запасы сырья.
Виды сырья, используемые в химической промышленности разнообразны. Сырье можно классифицировать по различным категориям.
1) По происхождению:
- минеральное – добываемые из земных недр полезные ископаемые.
В свою очередь делится на рудное (металлическое), нерудное (неметаллическое) и горючее (органическое).
Рудное мин. сырье – горные породы, состоящие из природных минералов, используют для получения металлов. В основном это оксиды и сульфиды металлов (Fe2O3, Fe3O4, Cu2S, CuS, ZnS и другие).
Нерудное минеральное сырье – горные породы, используемые в производстве химических, строительных и других неметаллических материалов. Разнообразно по химическому составу и применяется в естественном состоянии (кварцевый песок, глины, асбест, слюда), либо поступает на химическую переработку (форфориты, апатиты, природные калийные соли для получения сульфатов, фосфатов, карбонатов и др.).
Горючие минеральные ископаемые – органические соединения, используемые в качестве источников сырья или энергии (торф, бурые и каменные угли, горючие сланцы, нефть, природный газ).
Кроме того, в химической промышленности широко применяют воздух и воду.
- растительное
- животное
Растительное и животное сырье разделяют напищевое и техническое. К пищевому сырью относятся продукты сельского, лесного и рыбного хозяйства (масла, жиры, молоко). Химическая отрасль использует техническое растительное и животное сырье, которое непригодно для пищевых целей (древесина, хлопок, кожа, шерсть, кости животных, китовый и тресковый жир, лен и другие).
2) по химическому составу:
- неорганическое
- органическое
3) по агрегатному состоянию:
- твердое
|
|
|
-жидкое
- газообразное
4) по запасам:
- невозобновляемое (руды, минералы, горючие ископаемые)
- возобновляемое (вода, воздух, растительное и животное сырье)
10) Классификация реакторов по подводу и отводу теплоты. Элементы технологического расчета реакторов
По тепловым характеристикам процессы в химической технологии могут быть:
- экзотермические (с выделением тепла)
- эндотермические (с поглощением тепла)
- без теплового эффекта
Нередко в реакторе может протекать несколько химических реакций (главных и побочных) с разными тепловыми эффектами. Для правильной организации теплоподвода и теплоотвода нужно знать общий тепловой эффект процесса.
По наличию теплоподвода или теплоотвода либо их отсутствию различают следующие типы реакторов:
- с теплообменом через стенки (очень распространены)
- с непосредственным введением хладо – или – теплоагента в зону реакции
- комбинированного типа
По тепловым характеристикам процессы в химической технологии могут быть:
- экзотермические (с выделением тепла)
- эндотермические (с поглощением тепла)
- без теплового эффекта
Нередко в реакторе может протекать несколько химических реакций (главных и побочных) с разными тепловыми эффектами. Для правильной организации теплоподвода и теплоотвода нужно знать общий тепловой эффект процесса.
По наличию теплоподвода или теплоотвода либо их отсутствию различают следующие типы реакторов:
- с теплообменом через стенки (очень распространены)
- с непосредственным введением хладо – или – теплоагента в зону реакции
- комбинированного типа
Широко используются кожухотрубчатые реакторы
Реактор смесительного типа
11) Принципы обогащения сырья.
Природное сырье, как правило, кроме основного компонента, содержит примеси. Поэтому сырье подвергают обогащению с целью повышения в нем концентрации основного компонента.
Обогащение –это обработка сырья с целью отделения полезной его части от неполезной, а при необходимости и для разделения отдельных веществ. Обогащение чаще производят в местах добычи сырья на обогатительных фабриках.
Методы обогащения основаны на различии физических и химических свойств составляющих компонентах сырья: плотности, твердости, растворимости, температуры плавления, смачиваемости отдельными жидкостями. Обогащенный материал обычно называют концентратом, а пустую породу – хвостами.
Обычно используемые методы обогащения:
Рассеивание (грохочение) – основано на различии гранулометрического состава входящих в состав сырья минералов. Если полезный минерал и пустая порода обладают различной твёрдостью, то сырье предварительно измельчают. При этом менее прочные минералы дробятся на более мелкие зерна. Измельченное сырье просеивают через сита (грохота) с различной величиной отверстий, тем самым разделяя материал на фракции. Таким образом, с каждого сита получают фракцию, обогащенную тем или иным минералом.
|
|
|
Гравитационное обогащение (мокрое или сухое) – основано на различии скоростей падения частиц, имеющих разную плотность или крупность, в потоке жидкости или газа, или на действии центробежной силы.
Чаще всего применяют мокрое обогащение – измельченное сырье смешивают с водой и в виде суспензии подают в осадительные камеры. Самые легкие и мелкие частицы (обычно пустая порода) уносятся из камер поток воды, а крупные оседают на дне.
Сухое гравитационное обогащение применяют для сортировки материала после измельчения. Например,в воздушном сепараторе, мелкие частицы увлекаются потоком воздуха от вентилятора в отдельный объем, а крупные оседают.
Электромагнитное и электростатическое обогащение – основано на различии магнитной проницаемости или электрической проводимости компонентов сырья. Эти способы применяют для магнитновосприимчивых частиц от немагнитных и электропроводящих от диэлектриков
Химические способы обогащения: избирательное растворение, разложение химическими реагентами, обжиг и др.
Жидкости обогащают (концентрируют) следующими методами: выпариванием растворителя, добавлением к раствору полезного компонента (донасыщение), выделение из раствора примесей в осадок или переводом в газообразное состояние (испарение примесей – десорбция), вымораживанием.
Для обогащения газовых смесей также используют различие в свойствах газов, входящих в смесь. Газовые смеси разделяют разными методами: конденсацией, ректификацией, абсорбцией, адсорбцией.
12) Физические основы нагревания.
Нагреванием называется процесс повышения температуры материалов путем подвода к ним теплоты. Для этих целей применяют теплообменники различных конструкций.
Нагревание водой
При нагревании водой или другими жидкостями, например маслом, органическими теплоносителями, часто применяют циркуляционный способ обогрева. По этому способу горячая вода (либо другой теплоноситель) циркулирует между нагревателем и теплообменником, в котором она отдает теплоту. Циркуляция может быть естественной или принудительной. Естественная циркуляция происходит за счет разности плотностей горячего и холодного теплоносителей.
Нагревание электрическим током осуществляется в электрических печах сопротивления прямого и косвенного действия.
При нагревании «острым» паром водяной пар вводится непосредственно в нагреваемую жидкость. Пар конденсируется и отдает теплоту нагреваемой жидкости, а конденсат смешивается с жидкостью
Нагревание топочными газами, образующимися при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива в специальных печах.
Нагревание водяным насыщенным паром получило широкое распространение, что объясняется следующими его достоинствами: большим количеством теплоты, выделяющейся при конденсации водяного пара; высоким коэффициентом теплоотдачи от конденсирующего пара к стенке; равномерностью обогрева.
При нагревании водяным насыщенным паром применяют два способа: нагревание «глухим» насыщенным паром и «острым» паром.
При нагревании «глухим» паром теплота от конденсирующегося насыщенного водяного пара к нагреваемому теплоносителю передается через разделяющую их стенку.
|
|
|
