Министерство Образования и Науки
Российской Федерации
Уфимский Государственный Нефтяной
Технический Университет
Конспект лекций
по дисциплине «Теория химико-технологических процессов органического синтеза»
Валеев Ярослав Халилевич
ТС 03-01
УФА 2007
Стехиометрия и материальные расчеты химических реакций
Теория химико-технологических процессов органического синтеза – специальная дисциплина, которая изучает научные основы химико-технологических процессов основного органического и нефтехимического синтеза.
Опирается на физическую химию, органическую химию; общую химическую технологию; процессы и аппараты; кинетику и катализ, высшую математику.
Химико-технологический процесс – сочетание связанных в определенной последовательности механических, физических, физико-химических и химических операций с целью получения сырья готовой продукции – ХТП.
I и III стадии представляют собой набор механических, физических или физико-химических процессов.
Механические: измельчение, смешивание, дробление и т.д.
Физические: диффузия, испарение, конвекция и т.д.
Физико-химические: растворение, адсорбция, десорбция и т.д.
Классификация химических реакций.
Простые
Сложные
По механизму:
Ионные
Радикальные
Поликонденсация
Полимеризация
По тепловому эффекту:
Экзотермические
Эндотермические
По составу:
Гомогенные
Гетерогенные
По длительности:
Мгновенные
Длительные
Основная задача курса – выявление оптимальных условий для протекания химического превращения. Они определяются рядом технологических параметров:
Условиями процесса (температура, давление, концентрация)
Конструкцией реактора
Гидродинамикой
Условия проведения реакции и условие проведения процесса не являются тождественными.
Например, условия протекания реакции определяются термодинамикой и кинетикой реакции. Из расчетов получаем оптимальную температуру Т = 2000 оС, но реальный процесс неосуществим, так как конструкционные материалы для реактора будут очень дорогими.
Поэтому существует ряд ограничений на проведение процесса. К разработке новых химико-технологических процессов надо подходить поэтапно:
1. Разработка химической концепции метода.
а. Выбор исходных веществ и предполагаемая схема превращения. Из ряда схем необходимо выбрать наилучшую с учетом термодинамики, а также каких-то цифр по выходам (должны быть учтены энергозатраты).
б. Проведение лабораторных исследований. Определяют кинетику, механизм, теплоемкость реакции.
в. Обработка результатов эксперимента. Необходимо выявить зависимость между показателями процесса и технологическими параметрами (селективность, выход, конверсия).
2. Разработка технологической концепции метода.
а. Как доставить реагент в реактор? В какой фазе находятся реагенты?
б. Удаление продуктов из реактора.
в. Как выделить продукт в чистом виде из смеси с максимальным выходом?
3. Выбор аппарата для проведения процесса. Выбор конструкции, конструктивных материалов, его размеры (объем), число реакторов в производственной цепочке. Резервные реактора.
4. Составление уравнений материального и теплового балансов. Рассчитывают расходные коэффициенты по сырью, энергозатратам, вспомогательным материалам и т.д.
5. Окончательный экономический анализ. Сравнивается стоимость изготовления целевого продукта по предложенной схемесо стоимостью продукта, полученного по традиционной схеме.