Г. М. Бутов, г. Р. Гаджиев, к. Р. Саад

Р асчеты

химико -технологических

процессов

Волгоград

2009

Федеральное агентство по образованию

Волжский политехнический институт (филиал)

Волгоградский государственный технический

университет

Г. М. Бутов, Г. Р. Гаджиев, К. Р. Саад

Расчеты химико-технологических Процессов

Учебное пособие

РПК

«Политехник»

Волгоград

2009

УДК 66.01(075)

Рецензенты:

Заведующий лабораторией ВНИКТИ нефтехимоборудования, д.т.н., профессор Ю.В. Думский.

Начальник НИЦ ОАО «Волжский Оргсинтез» к.т.н., почетный профессор Т.В. Рудакова

Бутов Г.М., Гаджиев Г.Р., Саад К.Р.

Расчеты химико-технологических процессов: Учебное пособие / Волг ГТУ, - Волгоград, 2009.- 92c.

ISBN 978-5-9948-01-36-9

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению "Химическая технология и биотехнология". В ней изложены: методы расчета основных технологических процессов химической промышленности; материальных и тепловых балансов, термодинамические, кинетические расчеты, а также расчеты реакторов для проведения гомогенных химических реакций

Ил. 8 Таб. 24 Библиогр: 8 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского отдела Волгоградского государственного технического университета

ISBN 978-5-9948-01-36-9

с Волгоградский государственный

т ехнический университет, 2009

Введение

Химико-технологические расчеты составляют главную, наиболее трудоемкую часть проекта любого химического производства, они же являются завершающей стадией лабораторного технологического исследования и выполняются также при обследовании работающих цехов и установок. Целью этих расчетов может быть определение кинетических констант и оптимальных параметров производства или же вычисление реакционных объемов и основных размеров химических реакторов.

Основой технологических расчетов являются материальные и тепловые расчеты. К ним следует отнести: определение выхода основного и побочных продуктов, расходных коэффициентов по сырью, производственных потерь. Только определив материальные потоки, можно произвести технологические расчеты производственного оборудования и коммуникаций, оценить экономическую эффективность и целесообразность процесса. Составление материального баланса необходимо как при проектировании нового, так и при анализе работы действующего производства. При проектировании новых производств используют опыт существующих с учетом результатов современных новейших исследований. На основе сравнительного технико-экономического анализа действующих производств можно выбрать наиболее рациональную технологическую схему, оптимальные конструкции аппаратов и условия осуществления процесса.

Термодинамика дает представление о возможности осуществления, а также о направлении развития, как самой химической реакции, так и отдельных ее этапов. Кроме того, термодинамика позволяет получить данные, необходимые для определения степени превращения при равновесии от температуры и т.д. Однако термодинамика не определяет время, необходимое для получения заданной степени превращения. Этот вопрос можно решить, исследовав кинетику химической реакции и типы используемых реакторов.

Химическое превращение, осуществляемое в реакторе путем сложного физико-химического процесса, происходит обычно по не всегда понятному, а лишь частично известному механизму. Очень редко предложенный механизм углубляет анализ химического превращения до предполагаемого (происходящего в действительности) начального явления. Поэтому знание механизма процесса не является главным при изучении реакторов, в то время как знание химической кинетики и термодинамики совершенно необходимо.

Данное пособие написано в соответствии с принятой программой курсов «Общая химическая технология» и «Инженерная химия» и содержит практическое решение задач по основным разделам данного курса.

Каждый раздел снабжен типовыми примерами и задачами для самостоятельного решения.

Первый раздел посвящен расчетам показателей химико-технологических процессов и расходных коэффициентов, по которым можно определить количество необходимого исходного сырья и оценить эффективность проводимого процесса.

Во втором разделе приведены примеры определения стехиометрически независимых реакций, расчета количества молей веществ, участвующих в реакции с учетом их стехиометрии.

В третьем разделе представлены примеры составления теоретических и практических материальных балансов по заданным показателям химико-технологических процессов.

В четвертом разделе представлены примеры расчета тепловых потоков и составление теплового баланса, которое позволяет определить количество подводимого (отводимого) тепла для подержания заданной температуры.

В пятом разделе приведены примеры термодинамического анализа, расчета константы равновесия и равновесного состава обратимых химических реакций, которые позволяют установить вероятность протекания реакции в том или ином направлении и выбрать оптимальные условия для получения максимального выхода продукта.

Шестой раздел посвящен расчетам кинетических и активационных параметров и составлению кинетической модели для заданной реакции.

В седьмом разделе представлена классификация и примеры расчета реакторов для проведения гомогенных химических реакций.

Большая часть изложенных в пособии примеров неоднократно применялась авторами при проведении семинарских занятий, а также при выполнении лабораторных работ, в том числе научно-исследовательских работ студентов. Ряд примеров использован при выполнении курсовых работ и проектов.