МИНОБРНАУКИ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Ю. В. Попов, Т. К. Корчагина, В. А. Панчехин

ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКТОРЫ

(теория химических процессов и расчет реакторов)

Допущено учебно-методическим объединением

по образованию в области химической технологии

в качестве учебного пособия для бакалавров,

обучающихся по направлению

240100.62 «Химическая технология»

2012

УДК

Рецензенты:

Печатается по решению редакционно-издательского совета Волгоградского государственного технического университета

ПОПОВ Ю. В.

ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКТОРЫ. Теория химических процессов и расчет реакторов: учеб. пособие / Ю. В. Попов, Т. К. Корчагина, В. А. Панчехин; ВолгГТУ – Волгоград, 2012. – 217 с.

Книга является вторым, значительно переработанным изданием учебного пособия, вышедшего в 2003 году. В ней изложены современные теории количественных исследований химических процессов (гомогенных, гетерогенно-каталитических и гетерофазных). Значительное внимание в книге уделено расчетам реакторов, в которых протекают реакционные процессы, и их оптимизации.

Учебное пособие предназначено, прежде всего, для студентов, обучающихся в бакалавриате по направлению «Химическая технология». Этот учебник также будет полезен магистрам, аспирантам, научным сотрудникам и преподавателям, решившим посвятить свою деятельность теории технологических процессов органического и нефтехимического синтеза и теоретическим основам расчета химических реакторов.

Табл. 8. Рис. 94. Библиогр.: 17 назв.

ISBN  Волгоградский

государственный

технический

университет, 2012

ВВЕДЕНИЕ

Любой промышленный химико-технологический процесс (ХТП) предназначен для экономически целесообразного и экологически безопасного производства целевых продуктов (рис. 1). Обычно он представляет собой последовательность четырех основных стадий: подготовка сырья (1), собственно химическое превращение (2), например

А + В  С + D,

выделение целевых продуктов (3) и утилизация отходов (4).

На первой стадии в основе технологических операций лежат только физические процессы (ректификация, адсорбция, абсорбция, кристаллизация и т.д.), поэтому исходные вещества А и В химически неизменными переходят на вторую стадию, где происходит химическое превращение и образуются продукты реакции С и D. Однако реакция обычно не идет до конца и часть реагентов А и В выходит со второй стадии в неизменном виде. На третьей стадии происходит разделение реакционной массы: выделяется целевой продукт С, побочный продукт D и оставшиеся в неизменном виде реагенты А и В, которые могут быть возвращены в начало процесса. В основе технологических операций на стадии (3) лежат также физические процессы (кристаллизация, абсорбция, адсорбция, ректификация и т.д.).

Продукт D со стадии (3) и отходы со стадии (1) направляются на стадию (4), где происходит их утилизация. На стадии утилизации (4) используются не только физические процессы, но и химические и биохимические процессы.

Совокупность этих четырех стадий реализуется в виде единой сложной химико-технологической системы (ХТС), в которой наиболее важной и, в основном, определяющей эффективность ХТП является химическая стадия (2). Именно эта стадия является объектом исследования курса «Химические реакторы». Стадии (1) и (3) изучаются в курсе «Процессы

Рис. 1. Функциональная схема химического производства

1 – подготовка сырья; 2 – химическое превращение; 3 – выделение целевого продукта; 4 – утилизация.

и аппараты химических производств», а стадия (4) – в курсе «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов».

Однако следует отметить, что расчет и проектирование химических процессов и реакторов на стадии (2), как правило, не поддается шаблону. Поэтому при решении этих задач обязательно необходимо использовать закономерности и данные различных областей знания.

В связи с этим в настоящем учебном пособии основное внимание уделяется обоснованному количественному расчету термодинамических функций и исследованию кинетики простых и сложных химических процессов, протекающих в различных фазовых и кинетических условиях. Значительное внимание при этом уделено теории технологического расчета химических реакторов с использованием данных по термодинамике и кинетике химических процессов, протекающих в этих реакторах и оптимизации режимов их работы.

Данное пособие, прежде всего, базируется на таких предыдущих курсах, как «Общая и неорганическая химия», «Физическая химия» и «Общая химическая технология». Для описания химических процессов и технологического расчета химических реакторов, инженерная химия в тоже время все более эффективно использует математический аппарат в совокупности со все возрастающими возможностями для этих целей вычислительной техники.

Курс «Химические реакторы» можно считать основой для последующего изучения специальных (профессиональных) дисциплин в магистратуре по программам направления химическая технология. Эта дисциплина является одной из первых общетехнических дисциплин при подготовке бакалавров.

В учебном пособии приводятся примеры и задачи расчетного характера, практически в каждой главе даны вопросы и упражнения для самостоятельного повторения пройденного материала.

Авторы надеются, что учебное пособие будет полезно преподавателям, студентам, магистрам, аспирантам и инженерным работникам данной или смежных отраслей промышленности и заранее выражают признательность тем, кто принимал участие в редактировании и печатании этого пособия. В то же время авторы выражают признательность за последующие отзывы и критические замечания, которые могут быть ценными при дальнейшей переработке этого учебного пособия.