4.1.7. Термодинамический (статический) и кинетический анализы и физико-химическая оптимизация основного химико-технологического процесса

В данном разделе анализируется химическая схема технологического процесса. Проводится термодинамический анализ: определяются основные и побочные реакции, их тип (равновесные или неравновесные); характер теплового эффекта (экзотермические или эндотермические), возможность их протекания в том или ином направлении в зависимости от температуры, давления, концентрации исходных компонентов.

Если процесс гетерогенный, то проводится статический анализ основных процессов с использованием диаграмм состояния соответствующих систем. Определяются условия получения продукта высокого качества, условия его наибольшего выхода, максимального использования сырья. Обосновывается оптимальный с точки зрения равновесия температурный и концентрационный режим.

Кинетический анализ основного химико-технологического процесса включает анализ кинетических особенностей этого процесса, известных механизмов его и кинетических уравнений, описывающих скорость протекания процесса.

При проведении кинетического анализа определяются условия обеспечения наибольшей скорости основной химической реакции (процесса) и кинетическое время основного технологического процесса. При этом необходимо использовать полученные ранее кинетические уравнения и экспериментальные данные (графики, таблицы, диаграммы), найденные при анализе периодической научно-технической литературы.

На основании выводов термодинамического (статического) и кинетического анализов производится физико-химическая оптимизация процесса. Делается общий вывод относительно рекомендуемых технологических режимов проведения процесса и его отдельных стадий.

4.1.8. Материальный и энергетический балансы отделения (цеха) на часовую производительность.

На основании выполненных обоснований и теоретического анализа разрабатывается технологическая схема производства и дается ее описание. При этом указываются основные аппараты, в которых будет осуществляться процесс, дается их общая характеристика и сведения об условиях их работы. Технологическая схема в небольшом масштабе прилагается к расчетно-пояснительной записке. На схеме указываются номера аппаратов в направлении прохождения сырья и полупродуктов до получения готовой продукции. В целях упрощения технологической схемы разрешается изображать на ней лишь одну производственную нитку, связанную единым материальным потоком. Параллельно работающее оборудование указывается при описании технологической схемы и в спецификации оборудования. Если технологическая схема сложная, то по согласованию с руководителем курсовой работы разрешается заменять ее принципиальной схемой производства и схемой материальных потоков. В этом случае для описания используют технологическую схему, изображенную на большом листе.

Размеры и количество аппаратов определяются материальными расчетами с использованием результатов кинетического анализа.

Материальные расчеты должны проводиться на часовую производительность цеха. Материальные расчеты должны основываться на стехиометрических уравнениях реакций. Однако в них приходится вносить ряд поправок с учетом состава промышленного сырья, обратимости химических реакций и т.д. При проведении расчетов широко пользуются приближенными эмпирическими уравнениями, номограммами, таблицами и другими подсобными материалами, значительно упрощающими материальные расчеты при сохранении необходимой их точности. Кроме того, в расчетах используются данные о работе промышленных и опытных установок, имеющиеся в литературе.

В материальных расчетах химических процессов (реакции) теоретический выход продукта определяется по стехиометрическим уравнениям с учетом обратимости реакций, а затем на основе потерь продукта (побочные реакции, механические потери и т.д.) вводится поправка – коэффициент практического выхода продукта от теоретического. Сведения о практических выходах собираются студентом в период практики по профилю (технологическая) или принимаются по литературным данным.

Материальный баланс является функцией совершенства и режима работы аппарата и организации производства в целом. Поэтому следует иметь в виду, что материальный баланс не является незыблемым, так как за счет применения более совершенного оборудования и надлежащей организации производства потери продукта могут быть уменьшены, а выходы значительно увеличены.

Материальный отделения (цеха) в целом должен заканчиваться таблицей материального баланса (табл. 1).

Таблица 1