Экзаменационная программа по ОХТ

УДК 66.0 (075)

Учебная программа дисциплины «Общая химическая технология» / Составитель: доц.

Кононова Г.Н., проф. Сафонов В.В. – М.: ИПЦ МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2006 – 9 с.

Учебная дисциплина «Общая химическая технология» является базовой в ряду инженерных дисциплин и изучается студентами в 7 семестре (4 курс). Подготовка студенток осуществляется на уровне бакалавриата МИТХТ. Объём дисциплины предусматривает аудиторную и самостоятельную работу студентов. Аудиторная работа включает лекции (26 ч.) и лабораторные занятия (52ч.). Самостоятельная работа предусматривает выполнение курсовой работы. Изучение дисциплины завершается сдачей экзамена, к которому допускаются студенты, выполнившие весь объём лабораторного практикума, сдавшие два коллоквиума и защитившие курсовую работу.

Дисциплина включает рассмотрение следующих вопросов: а) разработка химической концепции метода; б) химическое производство как химико-технологическая система; в) основные принципы разработки химико-технологических систем и способы их реализации; г) анализ реализации основных принципов разработки и организации химико-технологических систем.

Целью дисциплины «Общая химическая технология» формирование инженерного мышления и развитие навыков последовательной разработки химико-технологической системы.

Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к учебной программе дисциплины «Общая химическая технология»

Учебная дисциплина «Общая химическая технология» является базовой в ряду инженерных дисциплин и изучается студентами в 7 семестре (4 курс). Подготовка студенток осуществляется на уровне бакалавриата МИТХТ. Объём дисциплины предусматривает аудиторную и самостоятельную работу студентов. Аудиторная работа включает лекции (26 ч.) и лабораторные занятия (52ч.). Самостоятельная работа предусматривает выполнение курсовой работы. Изучение дисциплины завершается сдачей экзамена, к которому допускаются студенты, выполнившие весь объём лабораторного практикума, сдавшие два коллоквиума и защитившие курсовую работу.

В процессе преподавания дисциплины «Общая химическая технология» кафедра «Общей химической технологии» опирается на знания студентов, полученных ими при изучении таких фундаментальных дисциплин как неорганическая, органическая, аналитическая и физическая химии, математика и вычислительная техника, процессы и аппараты химической технологии и теплотехника.

Целью дисциплины «Общая химическая технология» – формирование инженерного мышления и развитие навыков последовательной разработки химико-технологической системы. В связи с этим задачами дисциплины являются познание и освоение основных принципов химической технологии и их реализация в конкретных химико-технологических производствах.

СОДЕРЖАНИЕ учебной программы дисциплины «Общая химическая технология»

Раздел 1. Введение в курс.

1.1.Химическая технология как наука о промышленном способе переработки сырья в продукты потребления и средства производства. Краткие сведения об истории развития химической промышленности и химической технологии России.

1.2.Перспективы и основные направления развития химической технологии на современном этапе: безотходные (малоотходные) производства, технологическое комбинирование, энергосберегающие технологии, агрегаты большой единичной мощности, новые методы интенсификации химико-технологических производств.

Раздел 2. Разработка химической концепции метода.

2.1.Классификация химико-технологических процессов. Критерии эффективности химического превращения: выход, конверсия, селективность - для различного типа реакций, связь между ними.

2.2.Анализ равновесного состояния системы. Термодинамический анализ. Связь константы равновесия с равновесной степенью превращения и свободной энергией Гиббса. Влияние изменения энтропии на протекание химической реакции в зависимости от теплового эффекта.

2.3.Качественная оценка условий протекания процесса. Влияние температуры, давления, конструкции и наличие инертных примесей на смещение равновесия.

2.4.Использование законов химической кинетики при разработке технологических процессов. Кинетика простых гомогенных процессов. Влияние температуры и концентрации реагирующих веществ на скорость процесса. Кинетика сложных гомогенных процессов. Влияние температуры и концентрации реагирующих веществ на дифференциальную селективность. Кинетические уравнения.

2.5.Кинетика гетерогенных процессов. Система «газ – твёрдо тело». Кинетические модели для описания гетерогенных процессов: квазигомогенная модель и модель с фронтальным перемещением зоны реакции (модель с непрореагировавшим ядром). Константа скорости гетерогенного процесса. Лимитирующая стадия процесса, её признаки и способы определения.

2.6.Промышленный катализ. Свойства катализаторов, их классификация. Гетерогеннокаталитические процессы. Требования к промышленным катализаторам и их технологические характеристики. Способы получения катализаторов: причины их дезактивации. Основные стадии и кинетические особенности гетерогенно-каталитических процессов. Признаки протекания процесса в диффузионных и кинетических областях. Способы интенсификации гетерогенно-каталитических процессов. Гомогенный катализ. Ферментативный катализ. Автокатализ.

Раздел 3. Химическое производство как химико-технологическая система.

3.1.Системный подход в решении проблем. Понятия: «система», подсистема, элемент. Признаки больших систем. Этапы разработки сложных систем. Задачи анализа и синтеза.

3.2.Признаки химико-технологической системы (ХТС) как большой системы. Основные понятия и определения. Свойства ХТС: надёжность, устойчивость, чувствительность. Иерархические уровни ХТС. Методы системного анализа, применяемые для анализа ХТС. Критерии оценки эффективности функционирования ХТС.

3.3.Изображения ХТС. Технологическая, структурная, функциональная и операторная

схемы.

3.4.Классификация ХТС по типу функционирования во времени и по структуре. Связи между элементами ХТС: последовательные, параллельные, обводные (байпасы), перекрестные. Их характеристики, свойства, условия применения.

3.5.Рециклы в ХТС, их характеристические функции. Анализ причин организации ХТС по замкнутой схеме: неблагоприятное положение равновесия, ограничение времени контактирования, регулирование технологических параметров. Причины циркуляции конечных продуктов. Интенсификация циркуляционных процессов.

3.6.Непрерывные, периодические, непрерывно-циклические процессы. Гибкие ХТС. Блочно-модульный принцип их реализации.

Раздел 4. Основные принципы разработки ХТС и способы их реализации.

4.1.Принцип наилучшего использования сырья.

4.1.1.Классификация природного сырья. Масштабы потребления различных видов сырьевых ресурсов и воды в химической промышленности.

4.1.2.Анализ причин неполноты использования сырья в ХТС: термодинамические, кинетические, технологические. Приёмы увеличения степени использования сырья: смещение равновесия в обратимых химических процессах, использование избытка реагентов, «закалка» системы вдали от состояния равновесия, подавление побочных реакций, применение противотока.

4.2.Принцип наибольшей интенсивности процесса.

4.2.1. Движущая сила процесса. Способы её увеличения. Методы интенсификации химико-технологических процессов. Выбор объёмной скорости.

4.3.Принцип наилучшего использования энергии.

4.3.1.Анализ структуры топливно-энергетических ресурсов в современной химической промышленности. Энергетические проблемы химического производства. Энергетический (энтальпийный) баланс.

4.3.2.Понятия «эксергия». Экспергетический баланс.

4.3.3.Способы рационального использования энергии. Снижение тепловых потерь. Регенерация тепла. Принцип противотока. Рациональное проведение процесса при высоких температурах. Разработка энерготехнологических систем.

4.4.Принцип технологической соразмерности (качественная оптимизация процессов).

4.4.1. Анализ противоречий, возникающих при разработке ХТС. Постановка задачи оптимизации. Выбор критерия оптимальности.

4.5.Принцип экологической безопасности химических производств.

Раздел 5. Анализ реализации основных принципов разработки и организации ХТС на примерах конкретных производств.

5.1.Производство водорода и технологических газов.

5.1.1.Производство водорода из природного газа. Анализ равновесия конверсии метана и его гомологов в водород. Кинетика процесса. Выбор катализатора. Технологические условия проведения процесса. Конверсия СО. Равновесие и кинетика процесса. Энерготехнологическая система двухступенчатой конверсии природного газа.

5.1.2.Получение технологических газов для производств аммиака и метилового спирта на основе процесса конверсии метана.

5.2.Производство аммиака. Равновесие и кинетика процесса. Катализаторы, используемые в процессе. Выбор условий проведения процесса. Обоснование наличия рецикла

всистеме. Колонна синтеза. Реализация технологических процессов.

5.3.Производство разбавленной азотной кислоты.

5.3.1.Конверсия аммиака. Термодинамические характеристики реакций окисления аммиака. Кинетика процесса. Выбор катализатора. Обоснование технологических параметров процесса.

5.3.2.Окисление оксида азота (II). Специфика реакций в газовой фазе.

5.3.3.Абсорбция оксида азота (II). Производство азотной кислоты под давлением. Энерготехнологическая схема.

5.4.Производство серной кислоты и олеума.

5.4.1.Сырьевая база. Получение оксида серы (IV) окислением серосодержащего сырья. Выбор условий процесса.

5.4.2.Контактное окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI). Равновесие и кинетика процесса. Катализаторы. Линия оптимальных температур.

5.4.3.Абсорбция оксида серы (VI). Обоснование выбора условий её проведения: температуры, поглотителя, направления потоков. Технологическая схема.

5.5.Производство метилового спирта. Химия, равновесие и кинетика процесса. Обоснование выбора технологических параметров процесса. Катализаторы. Колонна синтеза. Технологическая схема производства.

5.6.Производство этилового спирта прямой гидратацией этилена. Равновесие и кинетика процесса. Промышленный катализатор. Обоснование выбора условий проведения процесса: давление, соотношение компонентов, температура и объёмная скорость. Технологическая схема.

ЛИТЕРАТУРА к учебной программе дисциплины «Общая химическая технология»

Основная:

1.Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология – М.: Академкнига, 2003. – 528 с.

Дополнительная:

1.Соколов Р.С. Химическая технология. В 2-х томах. – М.: Гуманитарный издательский центр ВЛАДОС, 2000.

2.Тимофеев В.С., Серафимов Л.А. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Высшая школа, 2003. – 536 с.

3.Кононова Г.Н., Сафонов В.В., Цыганков В.Н. Технологические принципы разработки химико-технологических систем. – М.: ИПЦ МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2003. – 55 с.

4.Кононова Г.Н., Сафонов В.В. Химико-технологические системы. – М.: ИПЦ МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2005. – 56 с.

5.Кононова Г.Н., Сафонов В.В. Производство этилового спирта прямой гид-ратацией этилена. – М.: ИПЦ МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2002. – 22 с.

6.Сафонов В.В., Смирнова С.П., Цыганков В.Н. Производство водорода и водородсодержащих технологических газов. – М.: ИПЦ МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2003. – 18 с.

7.Общая химическая технология и основы промышленной экологии / Под ред. проф. В.Ию Ксензенко. – М.: Колосс, 2003. – 328 с.