дентами теоретических знаний и навыков инженерных расчетов, в освоении методов и основных этапов проектирования, необходимых при выполнении дипломного проекта и самостоятельной профессиональной деятельности. Инженер химик-технолог должен знать основы проектирования и уметь выполнять все работы, необходимые для разработки экономически целесообразной и экологически безопасной технологической части проекта, реконструкции или строительства нового предприятия.

1.Содержание дисциплины

1.1.Содержание дисциплины по ГОС

Организация проектных работ; основные задачи технологического проектирования; основные блоки технологической схемы и их назначение; расчет реакторов для периодических и непрерывных процессов по производственным данным; расчет реакторов для гетерогеннокаталитических процессов; гетерофазные процессы, аппаратурное оформление и расчет; расчет и аппаратурное оформление процессов разделения много-компонентных систем: неполное испарение и конденсация, дросселирование, ректификация, экстрактивная и азеотропная перегонка, адсорбция, абсорбция, экстракция, фильтрация, центрифугирование, сушка; принципы расчета, алгоритмы расчета на ЭВМ, аппаратурное оформление, типовое оборудование; аппаратурное оформление стадий приема, хранения, дозировки и транспортировки сырья; анализ и синтез технологических схем; экономические критерии оптимизации производства; принципы оптимизации системы "реактор - разделение"; эксергетический анализ технологической схемы; энерготехнология процессов органического синтеза; термоэкономическая оптимизация в органическом синтезе; системы автоматизированного проектирования в органическом синтезе.

5

1.2. Рабочая программа

(Объём 156 часов)

Введение

[1], с.7…66; [2], с.9…29

Предмет и задачи дисциплины «Основы проектирования и оборудование предприятий органического синтеза», ее взаимосвязь с другими общеинженерными и специальными дисциплинами. Проектирование, его роль и место в процессе создания научно-технического потенциала и производительных сил.

Современные задачи по совершенствованию химической технологии и реакторных устройств. Пути интенсификации производств и повышения качества продукции. Взаимосвязь между научными исследованиями, проектированием и строительством химических предприятий. Ведущая роль технологической части проекта. Специфика проектирования предприятий основного органического и нефтехимического синтеза. Экономические и экологические проблемы при проектировании производств основного органического синтеза.

Вопросы для самопроверки

1.Каковы цели и задачи дисциплины «Основы проектирования и оборудование предприятий органического синтеза»?

2.Назовите основные направления научно-технического прогресса в химической промышленности.

3.В чем заключается процесс проектирования?

4.Каковы особенности производств основного органического синтеза, обуславливающие специфику оборудования.

5.Укажите пути улучшения технико-экономических показателей в химических производствах.

6.Как связано решение экологических проблем с экономикой производства?

6

1.2.1. Основные этапы и организация проектирования химических производств

[1], с.67…126; [3], с.6…21

Основы организация проектных работ. Цели и задачи проектирования предприятий органического синтеза. Основные понятия и терминология проектирования.

Перспективное планирование развития отрасли основного органического и нефтехимического синтеза. Основные принципы размещения предприятий химической промышленности. Точка строительства, связь с мощностью, расположением транспортных коммуникаций, топливно-энергетическими ресурсами, наличием сырья и рынка сбыта продукции, наличием рабочей силы, осуществлением мероприятий по охране окружающей среды.

Подготовка к проектированию и предпроектные документы. Техникоэкономическое обоснование создания нового производства. Выбор района размещения предприятия и площадки для строительства. Анализ исходных данных для проектирования. Задание на проектирование и его содержание.

Последовательность выполнения проекта. Стадии проектирования: технический проект и рабочий проект. Разработка технического проекта. Вариантность и комплексность проектирования. Основные задачи технического проекта. Структура и составные части технического проекта. Ведущая роль технологической части проекта. Разработка рабочего проекта и состав рабочей документации. Рабочие чертежи. Спецификации. Сметная документация. Одностадийные техно-рабочие проекты.

Послепроектный этап. Согласование, экспертиза и утверждение проектов. Авторский надзор. Пуско-наладочные работы. Освоение проектных мощностей.

Генеральный план химических предприятий. Принцип зонирования территории. Типы промышленных зданий. Основные принципы компоновки оборудования. Размещение технологического оборудования. Инженерные сооружения и коммуникации. Кооперирование вспомогательных производств с другими предприятиями промышленного узла.

7

Методы проектирования: графический метод, метод плоскостного макетирования, объемный модельно-макетный метод. Системы автоматизированного проектирования (САПР) в органическом синтезе. Преимущества метода проектирования САПР, его современное состояние и перспективы развития.

Вопросы для самопроверки

1.Какова последовательность проектирования химических производств?

2.Перечислите основные факторы, которые следует учитывать при выборе района размещения химического предприятия?

3.Какие разделы включают исходные данные для проектирования промышленного химического производства?

4.Назовите основные стадии проектирования.

5.Какие методы проектирования имеются? Охарактеризуйте преимущества и перспективы развития САПР.

6.Укажите пути совершенствования процесса проектирования.

7.Перечислите основные задачи технического проекта. Из каких основных частей состоит проект?

8.Что входит в состав общей пояснительной записки проекта?

9.Покажите роль экономических факторов при выборе технологии производства и места строительства предприятия.

10.В чем заключается ведущая роль технологической части проекта?

11.Какие факторы определяют целесообразность размещения оборудования на открытых площадках?

1.2.2. Разработка и оптимизация технологической схемы

[1], с.127…175; [2], с.30…89

Последовательность разработки технологической схемы. Принципиальная технологическая схема. Аппаратурное оформление процесса.

8

Общие принципы построения химико-технологических систем: непрерывность, энергоемкость, безотходность, компактность. Элементы и связи хи- мико-технологической системы. Системный подход к анализу и синтезу технологической схемы производства.

Основные блоки технологической схемы и их назначение. Подготовка и хранение сырья. Реакторное отделение. Разделение и очистка продуктов синтеза. Удаление и утилизация отходов производства.

Расчет химико-технологической схемы. Составление материальных и тепловых балансов.

Оптимизация технологических схем органического синтеза. Критерии оптимальности и их взаимосвязь. Совмещение как метод улучшения технологии. Принципы оптимизации системы «реактор – разделение».

Концепция полного использования сырьевых ресурсов. Комплексная переработка сырья. Технологические принципы создания малоотходных и безотходных производств.

Эксергетический анализ технологических схем. Энерготехнология процессов органического синтеза. Регенерация тепла и энергии. Использование вторичных ресурсов и утилизация побочных энергоресурсов. Термоэкономичекая оптимизация в органическом синтезе.

Вопросы для самопроверки

1.Что является основной задачей химической технологии? Сформулируйте общие принципы построения химико-технологической схемы.

2.Назовите критерии оптимальности технологических схем органического синтеза.

3.Какова последовательность разработки технологической схемы?

4.Укажите современные задачи по совершенствованию химической технологии органических веществ.

9

5.Какие основные блоки включает технологическая схема химического производства?

6.Раскройте особенности анализа и синтеза химико-технологических систем в технологии основного органического синтеза. Что входит в задачи системноструктурного анализа?

7.Охарактеризуйте экономические критерии оптимизации технологической схемы.

8.Укажите пути уменьшения и загрязненности сточных вод. Охарактеризуйте водооборотные циклы химических предприятий.

9.Сформулируйте технологические принципы создания безотходных производств органического синтеза.

10.Охарактеризуйте сущность энерготехнологии процессов технологии органического синтеза.

11.В чем заключается эксергетический анализ технолологической схемы?

12.Каковы задачи эксергетической технико-экономической оптимизации? Приведите примеры энерготехнологических систем в органическом синтезе.

1.2.3. Выбор и расчет основного и вспомогательного оборудования

[1], с.176…276; [3], с.90…143

Классификация оборудования. Требования, предъявляемые к оборудованию. Нормативно-техническая документация для расчетов и эксплуатации машин и аппаратов. Основные расчетные параметры. Конструкционные материалы в химическом машиностроении. Выбор материалов для оборудования производств основного органического синтеза. Основы механического расчета химической аппаратуры. Типовые узлы и детали химических машин и аппаратов. Проектирование и расчет на прочность элементов химических аппаратов.

Оборудование для транспорта и хранения газов, жидкостей и твердых материалов. Аппаратурное оформление стадий приема, хранения, дозировки и

10

транспортировки сырья. Расчет диаметра и гидравлических сопротивлений трубопровода.

Оборудование процессов теплообмена. Конструкции теплообменных аппаратов. Теплоносители и хладагенты. Расчет теплообменников. Трубчатые печи, их устройство и конструкции. Основные показатели работы и расчет трубчатых печей.

Вопросы для самопроверки

1.Дайте классификацию оборудования химических предприятий.

2.Какие предъявляют требования к химическому оборудованию? Какова концепция эффективного использования оборудования?

3.Укажите особенности аппаратурного оформления технологических процессов получения органических веществ?

4.Чем обусловлен выбор материалов для изготовления оборудования производств органического синтеза?

5.Каков порядок расчета аппаратов на прочность? От каких факторов зависит величина допускаемого напряжения?

6.Какие существуют методы проверки оборудования на прочность и плотность?

7.Дайте сравнительную характеристику центробежного и поршневого насосов. Какие насосы используют для перемещения высоковязких жидкостей?

8.Как выбрать оптимальный диаметр трубопровода? Какие скорости жидкостей и газов наиболее рациональны для перемещения по трубопроводам?

9.Дайте классификацию теплообменного оборудования. Укажите пути повышения экономической эффективности работы теплообменников

10.Сформулируйте общие принципы расчета теплообменной аппаратуры.

11.Перечислите конструкции и опишите устройство трубчатых печей

11

1.2.4. Принципы проектирования и технологическое оформление реакторных подсистем

[1], с.90…309; [2], с.90…143

Технологическое назначение химических реакторов. Основные показатели работы реакторных устройств. Требования к химическим реакторам.

Классификация химических реакторов. Реакторы непрерывного и периодического действия. Фазовое состояние реагентов. Гидродинамические и тепловые режимы работы реакторов. Организация движения реагирующих фаз. Организация материальных и тепловых потоков в реакционном технологическом узле.

Основные конструктивные типы химических реакторов. Реакторы типа реакционной камеры, реакторы типа колонны, реакторы типа теплообменника, реакторы типа печи. Структурные элементы химических реакторов.

Классификация математических моделей химических реакторов. Реактор идеального вытеснения. Изменение параметров процесса в реакторе идеального вытеснения. Характеристическое уравнение реактора идеального вытеснения. Реактор идеального смешения. Характеристические уравнения проточного и периодического реакторов при полном перемешивании. Каскад реакторов идеального смешения. Аналитический и графический методы расчета реакторов.

Реакторы для газовых гомогенных процессов. Камерные и трубчатые реакторы. Реакторы для жидкостных гомогенных процессов. Механическое и пневматическое перемешивание. Конструкции механических мешалок. Устройства для подвода и отвода тепла. Колонные реакторы идеального вытеснения. Автоклавы.

Реакторы для газожидкостных гетерогенных процессов. Пленочные колонные реакторы трубчатого и насадочного типов. Виды и характеристики насадок. Требования, предъявляемые к насадкам. Барботажные реакторы. Типы тарелок, их сравнительная характеристика. Колонные реакторы разбрызгивающего типа. Способы диспергирования жидкой фазы. Реакторы пенного типа.

12

Реакторы для гетерогенных процессов с твердой фазой. Реакторы с фильтрующим и взвешенным слоем твердого реагента. Реакторы с перемешивающими устройствами. Реакторы со шнеками. Типы реакторов для некаталитических процессов в системе "газ-твердое". Конструкции печей. Шахтные, полочные, трубчатые, барабанные, камерные печи. Печи с взвешенным слоем.

Реакторы гетерогенного катализа. Конструкции контактных аппаратов с неподвижным, движущимся и взвешенным слоем катализатора. Анализ работы многоступенчатых каталитических реакторов.

Типовые конструкции промышленных химических реакторов в технологиях основного органического и нефтехимического синтеза. Расчет промышленных химических реакторов.

Вопросы для самопроверки

1.Какие признаки лежат в основе классификации химических реакторов? Дайте классификацию реакторов по тепловому режиму.

2.Перечислите основные факторы, которые следует учитывать при выборе реакторного устройства. Какие предъявляют требования к химическим реакторам?

3.Дайте сопоставление реакторов непрерывного и периодического действия.

4.Назовите структурные элементы химических реакторов. Какие устройства используют для организации теплообмена в химических реакторах?

5.Дайте сравнительную оценку реакторам идеального вытеснения и идеального смешения.

6.Охарактеризуйте понятия производительности и интенсивности работы реактора. Чем обусловлен предел единичной мощности промышленных химических реакторов?

7.Укажите пути интенсификации работы реакторных устройств органического синтеза.

13

8.Опишите графический метод расчета каскада реакторов идеального смешения.

9.Укажите достоинства и недостатки различных конструкций реакторов для проведения реакций в газовой фазе над твердым катализатором.

10.Назовите типовые конструкции реакторов для газожидкостных гетерогенных процессов.

11.Объясните устройство и принцип действия реактора с псевдоожиженным и плотно движущимся слоем катализатора. Опишите работу реактора каталитического крекинга со взвешенным слоем катализатора.

1.2.5. Расчет и аппаратурное оформление процессов разделения многокомпонентных смесей

[2], с.144…225; [4], с.333…417

Виды процессов массопередачи. Использование массообменных процессов для разделения многокомпонентных смесей.

Абсорбция. Классификация, устройство и основные конструкции абсорбционных аппаратов. Пленочные абсорберы. Насадочные абсорберы, гидродинамические режимы их работы. Виды и характеристики насадок. Тарельчатые абсорберы. Гидродинамические режимы работы тарелок. Типы тарелок, их сравнительная характеристика. Общие принципы и последовательность расчета абсорбционных аппаратов. Гидравлическое сопротивление абсорберов. Методы расчета высоты слоя насадки и рабочей высоты тарельчатого абсорбера.

Общая характеристика методов разделения жидких гомогенных смесей. Термодинамические основы фазовых равновесий в многокомпонентных неидеальных системах. Ректификация. Принципиальная схема ректификационной установки. Экстрактивная и азеотропная ректификация. Основные конструкции ректификационных колонн. Насадочные, тарельчатые, пленочные ректификационные колонны. Особенности аппаратурного оформления и расчет ректификационных аппаратов.

14

Жидкостная экстракция. Методы экстракционного разделения. Классификация, устройство и принцип действия экстракторов. Расчет диаметра и высоты экстракционных колонн. Графический метод определения числа ступеней экстрагирования.

Адсорбция. Промышленные адсорбенты, их характеристики. Типовые конструкции адсорберов периодического и непрерывного действия. Адсорберы с неподвижным, плотным движущимся и взвешенным слоем адсорбента.

Неполное испарение и конденсация. Конденсационно-отпарные колонны. Материальные балансы процессов конденсации. Прямоточная и противоточная конденсация. Абсорбционно-отпарные колонны.

Массообменные процессы с химической реакцией. Общие принципы непрерывных совмещенных реакционно-массообменных процессов. Реакционноабсорбционные процессы (хемосорбция). Реакционно-ректификационные процессы.

Вопросы для самопроверки

1.Какие типы аппаратов применяются для абсорбции целевого компонента из газовых или парогазовых смесей?

2.Дайте сравнительную характеристику насадочного и тарельчатого абсорбе-

ра.

3.В чем заключается расчет массообменного аппарата?

4.Как определить минимальное флегмовое число? Как влияет флегмовое число на высоту ректификационной колонны?

5.В каких случаях целесообразно применение экстрактивной и азеотропной ректификации?

6.Приведите классификацию адсорбционных аппаратов и установок. Из каких стадий складывается работа адсорбера с неподвижным слоем адсорбента?

7.Какими преимуществами обладает процесс экстракции по сравнению с другими методами разделения жидких смесей?

8.Охарактеризуйте основные методы экстракции. Дайте классификацию и сравнительную характеристику экстракторов.

15