Оглавление

I. Теория химических процессов 3

Физико-химические закономерности 3

Стехиометрические соотношения. Назначение. Стехиометрические уравнения, расчет количеств реагирующих веществ. Простая и сложная реакция. Базисная система линейно независимых уравнений химических реакций, назначение, примеры. Расчет показателей: степень превращения, селективность, выход продукта. 3

Термодинамические закономерности. Константа равновесия и равновесная степень превращения. Способы управления равновесием химических реакций (температура, давление, избыток реагента и т.д.), примеры. 6

Химический процесс, определение, иерархическая структура построения математической модели в химическом реакторе, классификация процессов. Наблюдаемая скорость превращения, ее отличие от скорости химической реакции. 12

Гомогенный химический процесс. Определение, примеры. Аналитические и графические зависимости скорости превращения (или реакции) от концентрации, степени превращения и температуры для простых необратимых и обратимых реакций. Оптимальная температура и линия оптимальных температур. Влияние концентрации, порядка реакций и температуры на дифференциальную селективность в сложной реакции. 13

Гетерогенный процесс “газ-твердое”. Модель “сжимающееся ядро”. Схема и математическое описание процессов. Наблюдаемая скорость и время полного превращения. Лимитирующая стадия. Способы интенсификации. 20

Каталитический процесс. Определение катализа и катализатора. Химический процесс в пористом зерне катализатора. Схема процесса и математическое описание. Наблюдаемая скорость превращения, возможные режимы. Коэффициент эффективности зерна катализатора (степень использования внутренней поверхности) и его зависимость от модуля Тиле-Зельдовича. 24

Теория химических реакторов 28

Химический реактор. Классификация. Функциональные элементы реактора. Общий вид математической модели химического процесса в реакторе. Основные математические модели. Реакторы идеального вытеснения и смешения. Математическое описание изотермического и неизотермического процессов в реакторах. Сравнение реакторов идеального вытеснения и смешения при осуществлении в них простых и сложных реакций в изо- и неизотермическом режиме. Явление тепловой устойчивости в химическом реакторе. Множественность и неоднозначность режимов. Способы управления тепловым режимом. Каскад реакторов идеального смешения. Аналитический и графический методы расчета К-ИС. 28

Химико-технологическая система (ХТС) 43

ХТС как обобщенная модель химического производства. Элементы ХТС, подсистемы, технологические связи, примеры применения. Модели ХТС: описательные и графические. Задачи синтеза и анализа ХТС. Концепции (принципы) синтеза ХТС. Характеристика приёмов (эвристик) для реализации концепций синтеза ХТС. Синтез оптимальных схем реакторов: сравнить параллельное и последовательное соединения реакторов ИВ и ИС. Материальные и тепловые балансы как основа расчета ХТС. Общие правила составления балансов. Формы представления балансов. Свойства ХТС. Показать на примере реактора идеального смешения, что оптимальный режим функционирования элемента ХТС внутри и вне схемы различен. 43

ХТС производства серной кислоты. Химическая и функциональная схемы. Обоснование режимов и аппаратурное оформление обжига колчедана, окисления диоксида серы и абсорбции триоксида серы. Физико-химическое обоснование технологии “двойного контактирования и двойной абсорбции”. 62

ХТС производства азотной кислоты. Химическая и функциональная схемы. Физико-химические основы и аппаратурное оформление окисления аммиака и абсорбции оксидов азота. Энерготехнология в производстве азотной кислоты. 71