Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова

Кафедра общей химической технологии

Чабан Н.Г.

РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА И ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ.

Учебно-методическое пособие

Москва 2008

УДК 66,0

Расчет материального баланса и основных технологических показателей.

Учебно-методическое пособие. Чабан Н.Г. –М.: ИПЦ МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2008.- 25 с.

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов V курса дневного отделения факультета “Мененджмент, экология и экономика” по специальньности № 060800 “Экономика и организация производства”. В пособие вошли определения и расчетные формулы основных технологических показателей и методические указания для расчета материального баланса контактных аппаратов различных производств.

Рекомендовано Библиотечно-издательской комиссией МИТХТ им. М.В. Ломоносова в качестве учебно-методического пособия.

Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова, 2008

Глава 1. Характеристика химико-технологических процессов.

Химико-технологический процесс (ХТП) – это совокупность физических, химических и физико-химических процессов, направленных на превращение сырья в продукт.

ХТП характеризуют по сочетанию признаков, лежащих в основе химического превращения. Это такие признаки как: механизм реакции, термодинамика, кинетика, фазовая характеристика процесса и сопровождающий реакции тепловой эффект.

По механизму ХПТ делятся на простые и сложные.

Простые – это процессы, описываемые одним стехиометрическим уравнением. Например, окисление SO₂ в SO₃:

SO₂ + 0,5O₂ SO₃ (1.1.)

Сложные - это процессы, которые описываются несколькими стехиометрическими уравнениями, т.е. наряду с целевым продуктом получаются побочные. Например, окисление аммиака до оксида азота (II):

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O (1.2.) - основная реакция.

4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O (1.3.)

4NH₃ + 4O₂ = 2N₂O + 6H₂O (1.4.)

Реакции 1.3.-1.4. – побочные.

Этот процесс является сложным, так как помимо целевого продукта NO получаются побочные: элементарный азот N₂ и оксид азота (I) – N₂O.

По термодинамическому признаку ХТП делятся на обратимые и необратимые. Обратимые условно подразделяются на смещенные и несмещенные.

Необратимыми называют процессы, равновесие основной реакции которых практически полностью смещено вправо. Например, (1.2.), К_р = 10⁵³

Обратимый процесс может идти как в прямом, так и в обратном направлении. Известно, что для обратимых реакций константа равновесия находится в следующих пределах: 10^-2 <К_р<10², так как константа равновесия равна отношению констант скоростей прямой и обратной реакций.

Обратимый смещенный ХТП – это процесс, равновесие основной реакции которого можно практически полностью сместить в нужном направлении. Например, окисление SO₂ в SO₃ (1.1). Выход целевого продукта составляет- 99,8%.

Обратимый несмещенный ХТП – это процесс, равновесие основной реакции которого невозможно сместить в нужном направлении. Например, синтез аммиака:

N₂ + 3H₂ 2NH₃ (1.5.)

Максимально возможный выход составляет 57,5%.

По фазовой характеристике процессы подразделяются на гомогенные и гетерогенные.

Гомогенным ХТП называют такой процесс, в котором все реагирующие вещества и получающиеся продукты находятся в одной фазе.

Гетерогенные ХТП включают в себя две или больше число фаз. В химической технологии часто встречаются процессы, все реагирующие вещества которых находятся в одной фазе, а катализатор в другой. Такие процессы называют гетерогенно-каталитическими.

По энергетической характеристике процессы делятся на экзотермические и эндотермические.

Экзотермические –это процессы, которые имеют отрицательный тепловой эффект и идут с выделением теплоты.

Эндотермические –это процессы, которые имеют положительный тепловой эффект и идут с поглощением теплоты.

По кинетическому признаку процессы делятся на каталитические и некаталитические. Присутствие катализатора повышает скорость реакции за счет снижения энергии активации, т.е. процесс проходит по энергетически более выгодному пути.

Приведем несколько примеров полной характеристике процессов:

SO₂ +0,5O₂ = SO₃ +Q (1.1.)

Характеристика: процесс простой, обратимый смещенный, экзотермический, гетерогенно-каталитический.

Окисление SO₂ не проходит в газовой фазе из-за высокой энергии активации, поэтому его проводят на поверхности твердого ванадиевого катализатора.

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O (1.2.)

Процесс сложный ( помимо основной 1.2., идут побочные реакции 1.3., 1.4.), необратимый (К_р=10⁵³), экзотермический ( идет с выделением теплоты), гетерогенно-каталитический ( проводят на поверхности Pt –го катализатора).

Характеристика ХТП чрезвычайно важна, так как позволяет правильно выбирать оптимальные условия его проведения.