Введение

Фундаментальная подготовка студентов в области теории технологии природных энергоносителей, решение основных задач дисциплины « Теоретические основы химической технологии топлива и углеродных материалов» глубоко связаны с освоением, применением термодинамического и кинетического анализа процессов переработки топлива и получения углеродных материалов.

Роль термодинамического анализа в химической технологии топлива и углеродных материалов определяется решением следующих основных задач:

1. Определением энергетических эффектов химико-технологических процессов (ХТП), необходимых для составления энергетических балансов и расчета затрат энергии на проведение ХТП.

2. Предсказанием направления и установлением вероятности (возможности или невозможности) самопроизвольного протекания предполагаемого химического процесса.

3. Расчеты максимально возможных степеней превращения и выходов продуктов при проведении обратимых процессов.

4. Определением условий (диапазона температур и давлений), при которых рационально осуществление ХТП в желаемом направлении и с наибольшим выходом продуктов.

Однако, применение термодинамического анализа в химической технологии топлива и углеродных материалов не позволяет решить следующие задачи:

1. Определить, за какое время может быть достигнут ожидаемый результат. Важнейшая для практики величина – время - выпадает из термодинамического рассмотрения.

2. Описать промежуточные стадии процесса, поскольку учитываются только параметры начального и конечного состояния системы.

Таким образом, термодинамический метод анализа не дает возможности узнать о фактической реализуемости процесса.

Ясно поэтому, что термодинамическое изучение химических систем недостаточно для полной характеристики процессов, особенно для характеристики возможных результатов за определенные промежутки примени. Не менее важен кинетический анализ, позволяющий определить реальную возможность осуществления тех реакций, принципиальная возможность которых установлена с помощью законов и положений термодинамики. Система, исследуемая кинетически, гораздо сложнее той, которая изучается термодинамически, поскольку в нее кроме устойчивых молекул, являющихся исходными веществами и продуктами реакции, входят многие разновидности неустойчивых промежуточных соединений.

Основные задачи кинетического анализа:

1. Изучение закономерности протекания химической реакции во времени, установление эмпирической связи между скоростью химической реакции и условиями ее проведения. Кинетические уравнения химических реакций позволяют определить значения констант скоростей и продолжительность химических реакций, необходимых для расчета скорости и времени процесса химического превращения вещества в реакторе.

2. Раскрытие механизма химического процесса, т.е. выяснение, из каких простых химических реакций состоит сложный химический процесс, как эти стадии связаны друг с другом, какие промежуточные продукты принимают участие в совокупном химическом процессе.

3. Изучение связи между строением соединений и их реакционной способностью, изучение эмпирических и полуэмпирических зависимостей между кинетическими характеристиками (константы скорости химических реакций) и их физическими, термохимическими и структурными характеристиками.

В связи с вышесказанным, целью практических занятий является овладение навыками практических расчетов в решении основных задач термодинамического и кинетического анализа процессов химической технологии и углеродных материалов.

Методические указания к практическим занятиям помогут в приобретении навыков термодинамических и кинетических расчетов процессов химической технологии топлива и углеродных материалов.

В начале каждого параграфа дано краткое теоретическое введение, в котором рассмотрены основные формулы, необходимые для решения задач. В конце каждого параграфа дается решение типовой задачи и задачи для самостоятельного решения, литература.