Задачи анализа, синтеза и оптимизации хтс 45

Содержание

Глава 1.

Химико-технологический процесс и его содержание 1

1.Классификация химических реакций, лежащих в основе промышленных химико-технологических процессов. 1

2.Технологические критерии эффективности химико-технологического

процесса 2

Глава 2.

Термодинамические расчеты химико-технологических процессов 8

1.Равновесие химических реакций. Способы смещения равновесия. 9

2.Зависимость константы равновесия от температуры 10

3.Термодинамический анализ 11

Глава 3.

Использование законов химической кинетики при выборе технологического

режима 10

1.Скорость гомогенных химических реакций 11

2.Зависимость скорости химических реакций от концентрации реагентов;

кинетические уравнения 12

3.Способы изменения скорости простых и сложных реакций 17

Глава 4.

Гетерогенно-каталитические процессы 20

1.Общие представления о катализе 21

2.Технологические характеристики твердых катализаторов 22

3.Основные стадии и кинетические особенности гетерогенно-каталитических

процессов 25

Глава 5.

Основы разработки химических производств 33

1.Постановка общей задачи разработки и создания химико-технологических

систем 33

2.Использование методов и принципов системного исследования при разработке

ХТС 34

3.Основные понятия и принципы системного подхода 34

4.Химическое предприятие как сложная система 35

5.Общая стратегия системного исследования. Основные этапы создания ХТС 36

6.Классификация моделей ХТС 39

7.Задачи анализа, синтеза и оптимизации ХТС 45

8.Типы технологических связей 48

9.Технологические принципы создания ХТС 53

10.Проблемы, возникающие при разработке и эксплуатации агрегатов

большой единичной мощности 54

Глава 1

Химико-технологический процесс и его содержание

Химико-технологический процесс представляет собой совокупность операций, позволяющих получить целевой продукт из исходного сырья. Некоторые из этих операций необходимы для подготовки исходных реагентов к проведению химической реакции, перевода их в наиболее реакционно-способное состояние. Например, известно, что скорость химических реакций сильно зависит от температуры, поэтому часто реагенты до проведения реакции нагревают. Чтобы устранить побочные явления и получить продукт высокого качества, исходное сырье подвергают очистке от посторонних примесей, пользуясь методами, основанными на различии физических свойств (растворимость в различных растворителях, плотность, температуры конденсации и кристаллизации и т. д.). При очистке сырья и реакционных смесей широко применяют явления тепло- и массообмена, гидромеханические процессы. Возможно также использование химических методов очистки, например химических реакций, в результате которых посторонние примеси превращаются в легко отделимые вещества.

Соответствущим образом подготовленные реагенты подвергают химическому взаимодействию, включающему часто несколько этапов. В промежутках между этими этапами иногда необходимо вновь использовать тепломассообменные и другие физические процессы. Например, при производстве серной кислоты диоксид серы частично окиcляют до триоксида, затем реакционную смесь охлаждают, извлекают из нее путем абсорбции триоксид серы и вновь направляют ее на окисление.

В результате химических реакций получают смесь продуктов (целевых, побочных) и не прореагировавших реагентов. Заключительные операции связаны с разделением этой смеси, для чего вновь применяют гидромеханические, тепло - и массообменные процессы, например, фильтрование, центрифугирование, ректификацию, абсорбцию, экстракцию и т. д. Продукты реакции направляют на склад готовой продукции или на дальнейшую переработку: не прореагировавшее сырье вновь используют в процессе, организуя его рецикл. На заключительных этапах проводят также рекуперацию энергии и очистку промышленных выбросов, чтобы извлечь из отходящих газов и сточных вод все ценные компоненты, а также ликвидировать опасность загрязнения окружающей среды.

Таким образом, химико-технологический процесс в целом — это сложная система, состоящая из единичных связанных между собой процессов (элементов) и взаимодействующая с окружающей средой.

Элементами химико-технологической системы являются перечисленные выше процессы тепло- и массообмена, гидромеханические, химические и т. д. Их рассматривают как единичные процессы химической технологии .

Важной подсистемой сложного химико-технологического процесса является химический процесс. Он представляет собой одну или несколько химических реакций, сопровождаемых тепло-и массообменными явлениями.

Анализ единичных процессов, их взаимного влияния позволяет разработать технологический режим.

Технологическимрежимом называется совокупность параметров, определяющих условия работы аппарата или системы аппаратов.

Оптимальные условия ведения процесса — это сочетание основных параметров (температуры, давления, состава исходной реакционной смеси, катализатора и т. д.), позволяющее получить наибольший выход продукта с высокой скоростью или обеспечить наименьшую себестоимость.

Единичные процессы протекают в различных аппаратах — химических реакторах, абсорбционных и ректификационных колоннах, теплообменниках и т. д. Отдельные аппараты соединены в технологическую схему процесса. Разработка и построение рациональной технологической схемы — важная задача химической технологии.

§ 1. Классификация химических реакций, лежащих в основе промышленных химико-технологических процессов

В современной химии известно большое число различных химических реакций. Многие из них осуществляются в промышленных химических реакторах и, следовательно, становятся объектом изучения химической технологии.

Чтобы облегчить изучение близких по природе явлений, в науке принято их классифицировать по общим признакам. В зависимости от того, какие признаки взяты при этом за основу, существует несколько видов классификации химических реакций. Одни виды классификации применяют в основном в химии (неорганической, органической и т. д.), другие — в химической технологии, некоторые являются общими.

В химической технологии можно применять различные виды классификации химических реакций.

Для выбора конструкции химического реактора и способов управления проведением процесса существенное значение имеет фазовыйсоставреакционнойсистемы. Взависимости от фазового состава реагентов и продуктовразличаютгомогенные игетерогенные химические реакции.

В случае гомогенных реакций реагенты и продукты находятся в одной фазе (жидкой или газообразной). Например, окисление оксида азота кислородом воздуха в производстве азотной кислоты- газофазная реакция, а реакции этерификаиии (получение эфиров из органических кислот и спиртов) жидкофазные.

При протекании гетерогенных реакций по меньшей мере один из реагентов или продуктов находится в фазовом состоянии, отличающемся от фазового состояния остальных участников реакции. Различают двухфазные системы <газ - жидкость», «газ твердое вещество», «жидкость - твердое вещество», «жидкость — жидкость» (две несмешивающиеся жидкости), «твердое - твердое» и различные варианты трехфазных реакционных систем.

Другим важным видом классификации является классификация по механизму осуществления реакции. Различают простые (одностадийные) и сложные (многостадийные) реакции, в частности параллельные, последовательные и последовательно-параллельные реакции.

Простыми называют реакции, для осуществления которых требуется преодоление лишь одного энергетического барьера (одна стадия).

Сложные реакции включают в себя несколько параллельных или последо­вательных стадий (простых реакции).

Реальные одностадийные реакции встречаются чрезвычайно редко. Однако некоторые сложные реакции, проходящие через ряд промежуточных стадий, удобно считать формально простыми. Это возможно в тех случаях, когда промежуточные продукты реакции в условиях рассматриваемой задачи не обнаруживаются

Классификация реакций по м о л е к у л я р н о с т и учитывает, сколько молекул участвует в элементарном акте реакции, различают: моно-, би- и тримолекулярные реакции Вид кинетического уравнения (зависимости скорости реакции от концентрации реагентов) позволяет классифицировать реакции по п о р я д к у. Порядком реакции называется сумма показателей степеней у концентраций реагентов в кинетическом уравнении. Существуют реакции первого, второго, третьего, дробного порядков.

В зависимости от того, применяются или не применяются для изменения скорости реакции специальные вещества — катализаторы, различают каталитические и некаталитические реакции и соответственно химико-технологические процессы. Подавляющее большинство химических реакций, на которых основаны промышленные химико-технологические процессы, — это каталитические реакции.

Химические реакции различают также по тепловому эффекту. При протекании экзотермических реакций, сопровождающихся выделением теплоты (Q> 0), происходит уменьшение энтальпии реакционной системы ( < 0); при протекании эндотермических реакций, сопровождающихся поглощением теплоты (Q< 0), происходит увеличение энтальпии реакционной системы ( > 0).

  1. Рабочая учебная программа дисциплины Общая химическая технология Направление подготовки

    Рабочая учебная программа
    Химическая технология - интегрирующая наука, базирующаяся на фундаментальных основах химии, физики, механики, математики, управ­ления, экономики. Целями освоения дисциплины являются общее ознакомление с химическими производствами,
  2. Бюллетень новых поступлений Библиографический указатель книг, поступивших в библиотеку за 2009 год

    Бюллетень
    А23 Агабекян И.П. English for Managers. Английский язык для менеджеров : учеб. пособие. – [s. l.] : Проспект, 2009. - 352 с. ; 21 см. (Шифр 42(075)/А 23-460133)
  3. Основная образовательная программа высшего профессионального образования Направление подготовки (112)

    Документ
    Примерная основная образовательная программа (ПООП) бакалавриата по направлению «Техносферная безопасность» разработана на основе требований федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования
  4. Химико-технологические системы как основа химического производства бав

    Документ
    Мы приступаем к рассмотрению последнего раздела курса: характеристике химического произ-водства БАВ как химико-технологической системы (ХТС): совокупности технических устройств, связан-ных материальными, энергетическими и информационными потоками.
  5. Учебное пособие по курсу «Общая химическая технология» для студентов специальностей 240701, 240702, 240706, 240901 очной и очно-заочной форм обучения

    Учебное пособие
    Багров, Г.В. Общая химическая технология: учебное пособие по курсу «Общая химическая технология» для студентов специальностей 240701, 240702, 240706, 240901 очной и очно-заочной форм обучения / Г.
  6. В. Н. Романенко, Г. В. Никитина Общие технологии (1)

    Документ
    В книге описаны все виды целенаправленных воздействий на объекты, которые можно записать в виде заданной последовательности действий. Такие последовательности определяются как технологии.
  7. В. Н. Романенко, Г. В. Никитина Общие технологии (2)

    Документ
    Эта книга является итогом многолетних раздумий и работ авторов. Сами эти работы были в разной мере связаны с различными аспектами изучения некоторых широко распространённых технологий.
  8. А. Н. Протопопов ббк 32. 973. 26-018. 2 Р 69

    Статья
    И хотя многие приемы, применяющиеся на заводах и фабриках, ведут свое начало от опытом оправданных начал естество­знания, тем не менее, в практическом сочетании частности должны ждать сво­их обобщений, которыми в будущем мо­жет выступить
  9. Программа учебной дисциплины «системный анализ химико-технологических систем и расчета аппаратов технологии пэ и ум» Направление подготовки

    Программа
    Учебная дисциплина "Системный анализ химико-технологических систем и расчета аппаратов технологии ПЭ и УМ" — дополнительная дисциплина федерального государственного образовательного стандарта профиля "Химическая технология

Другие похожие документы..