- •Химико-технологические системы
- •Содержание
- •Введение
- •1. Химико-технологические процессы и химико-технологические системы
- •1. Термины и определения
- •2. Технологические критерии эффективности химико-технологических систем
- •1. 2. 1. Степень превращения
- •1. 2. 2. Выход продукта
- •1. 2. 4. Производительность и интенсивность
- •1. 2. 5. Избирательность
- •1. 3. Структуры химико-технологических систем
- •1. 3. 1. Хтс с последовательной технологической связью
- •1. 3. 2. Параллельная технологическая связь
- •1. 3. 3. Последовательно-обводная технологическая связь (байпас)
- •1. 3. 4. Обратная (рециркуляционная) технологическая связь
- •1. 3. 5. Перекрестная технологическая связь
- •1. 4. Системный декомпозиционный анализ химико-технологических систем
- •4. 1. Молекулярно-кинетический уровень
- •1. 4. 2. Макрокинетический уровень
- •1. 4. 3. Аппаратный уровень
- •1. 4. 4. Уровень химико-технологической системы
- •1. 4. 4. 1. Синтез химико-технологической системы
- •1. 4. 4. 2. Анализ химико-технологической системы в целом
- •1. 4. 4. 3. Оптимизация химико-технологической системы
- •2. Химическая термодинамика
- •2. 1. Основные понятия и определения
- •2. 2. Первое начало термодинамики
- •2. 2. 1. Работа расширения идеального газа
- •2. 2. 2. Теплота процесса в различных условиях
- •2. 2. 3. Закон Гесса. Расчет тепловых эффектов химических реакций с использованием стандартных теплот образования и сгорания.
- •2. 2. 4. Зависимость тепловых эффектов химических реакций от температуры. Закон Кирхгофа
- •2. 3. Второе начало термодинамики
- •2. 3. 1. Термодинамически обратимые и необратимые процессы.
- •2. 3. 2. Математическое выражение второго начала термодинамики. Энтропия.
- •2. 3. 2. 1. Энтропия и термодинамическая вероятность
- •2. 3. 2. 2. Изменение энтропии как критерий направления процессов.
- •2. 3. 2. 3. Изменение энтропии при нагревании
- •2. 3. 2. 4. Изменение энтропии при фазовых превращениях
- •2. 3. 2. 5. Расчет абсолютной энтропии вещества
- •2. 3. 2. 6. Изменение энтропии при химическом превращении
- •2. 3. 3. Применение второго начала термодинамики к химическим процессам.
- •2. 3. 3. 1. Термодинамические потенциалы
- •2. 3. 3. 2. Уравнение Гиббса-Гельмгольца
- •2. 3. 3. 3. Критерии направления процессов в закрытых системах
- •2. 3. 4. Химический потенциал идеального и реального газа. Термодинамическая активность.
- •2. 3. 5. Уравнение изотермы химической реакции
- •3. Химическое равновесие
- •3. 1. Константы равновесия
- •3. 2. Расчет равновесного состава и равновесного выхода продуктов химической реакции
- •3. 3. Влияние температуры и давления на равновесный выход продуктов реакции. Принцип Ле Шателье.
- •3. 3. 1. Зависимость константы равновесия от температуры. Уравнения изобары химической реакции.
- •3. 3. 2. Влияние давления на равновесный выход продуктов химической реакции.
- •4. Фазовые равновесия
- •4. 1. Основные понятия и определения
- •4. 2. Условия равновесного сосуществования фаз
- •4. 3. Правило фаз Гиббса
- •4. 4. Однокомпонентные системы
- •4. 4. 1. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса
- •4. 4. 1. 1. Применение уравнения Клапейрона-Клаузиуса к процессу плавления
- •4. 4. 1. 2. Применение уравнения Клапейрона-Клаузиуса к процессам испарения и возгонки
- •4. 4. 2. Диаграмма состояния однокомпонентной системы
- •4. 5. Метод физико-химического анализа. Диаграммы состав – свойство
- •4. 6. Двухкомпонентные системы
- •4. 6. 1. Бинарные системы взаимно растворимых жидкостей.
- •4. 6. 1. 1. Общая характеристика растворов
- •4. 6. 1. 2. Диаграмма состояния температура кипения – состав для идеального жидкого раствора
- •4. 6. 1. 3. Правило рычага
- •4. 6. 1. 4. Диаграммы температура кипения – состав для неидеальных растворов
- •4. 6. 1. 5. Разделение бинарных растворов
- •4. 6. 2. Системы взаимно нерастворимых жидкостей
- •4. 6. 2. 1. Диаграмма температура кипения состав для двух несмешивающихся жидкостей
- •4. 6. 2. 2. Перегонка с водяным паром
- •4. 7. Трехкомпонентные системы
- •4. 7. 1. Закон распределения
- •4. 7. 2. Экстрагирование
- •Библиографический список
1. Химико-технологические процессы и химико-технологические системы
1. Термины и определения
Технология – наука о производстве товарных продуктов, изучающая способы и процессы их получения из исходного сырья.
Сырье – природные материалы и их производные, используемые для производства товарных продуктов.
Химическая технология – наука о наиболее экономичных способах переработки сырья, основанных на протекании химических реакций, в результате которых изменяется состав, внутреннее строение и свойства исходных материалов и веществ.
Химическая реакция – превращение одних веществ в другие в результате перегруппировки электронов, входящих в молекулы исходных веществ.
Механизм химической реакции – совокупность элементарных стадий, составляющих процесс химического превращения исходных веществ в конечные продукты.
Химико-технологический процесс (ХТП) – совокупность элементарных физических процессов обмена массой и энергией, сопровождаемых протеканием химической реакции.
Параметры качества протекания ХТП – показатели, характеризующие текущие или выходные значения технологических или экономических характеристик процесса, реактора или химико-технологической системы.
Химико-технологическая система (ХТС) – это сложная иерархическая система, которая представляет собой совокупность элементов (аппаратов) с различным функциональным назначением, связанных между собой материальными и энергетическими потоками и действующих как единое целое с целью выпуска товарного продукта.
Структура химико-технологической системы - характеристика ХТС, включающая число и типы аппаратов, последовательность их участия в производственном процессе в виде направлений материальных и энергетических потоков между аппаратами.
Технологическая схема производства – один из способов графического отражения структуры ХТС с помощью стандартных изображений аппаратов, связанных линиями, указывающими направления всех или основных потоков.
Управление химико-технологическим процессом - воздействие на протекание ХТП и параметры его качества изменением параметров управления.
Параметры управления ХТП – показатели, характеризующие воздействия или входные значения технологических и экономических характеристик потоков сырья, изменяющие параметры качества технологических процессов, функционирования аппаратов и производства.
Технологический режим – совокупность параметров качества протекания ХТП и параметров управления, определяющих условия работы аппарата или системы аппаратов.
Оптимизация технологического режима – поиск значений параметров управления, при которых достигается наилучшая реализация протекания ХТП по выбранному параметру качества (критерию оптимизации).
Оптимизирующий параметр – технологический параметр управления, влияющий на значения критерия оптимизации.
2. Технологические критерии эффективности химико-технологических систем
Наиболее объективную информацию об эффективности функционирования химико-технологической системы несут экономические параметры качества, которые имеют вполне определенную корреляционную связь с технологическими показателями качества.
К технологическим показателям качества (ТПК), определяющим производственную эффективность протекания химико-технологических процессов, работы аппаратов и функционирования ХТС, относятся степень превращения компонентов сырья, выход продуктов по соответствующим компонентам, расходные коэффициенты сырья для производства получаемых продуктов, скорость процесса, избирательность процесса.