Учебная программа - 2000 / L-xt-SU
.doc
ПРОГРАММА
курса "Химическая технология и моделирование технологических процессов".
Виды занятий: - теоретический курс (лекции) - 60 час.
- практические занятия: - 70 час.
- семинары (расчетные упражнения),
- лаборатория в компьютерном классе,
- курсовая (самостоятельная) работа.
Часть 1. Введение в химическую технологию.
1.1. Содержание и задачи химической технологии.
Определение химической технологии как науки и способа производства. Классификация химических производств по различным признакам. Место химической технологии в промышленной сфере и методов химической технологии в нехимических отраслях промышленности.
Химическое производство и химико-технологический процесс - определения, функции, состав, структура, компоненты. Классификация и назначение отдельных процессов.
Основные показатели химического производства - технические, экономические, эксплоатационные, социальные.
Современный химик-технолог и содержание и задачи учебного курса.
1.2. Сырьевые ресурсы химической промышленности.
Классификация сырьевых ресурсов по различным признакам - фазовому состоянию, происхождению, источникам.
Минеральное сырье (руды и полезные ископаемые), органическое природное сырье (горючие ископаемые), растительное и животное сырье, вторичное сырье - их использование и пути переработки.
Основные способы первичной обработки сырья (обогащение, очистка, подготовка к транспортировке и переработке).
Понятие, сущность и примеры углубления использования сырья, комбинирования производств и комплексной переработки сырья.
1.3. Вода в химической технологии.
Значение и использование воды в химических производствах. Источники воды и характеристики воды различного происхождения. Требования к технологической и бытовой воде. Промышленная подготовка воды и методы ее очистки от примесей. Основные методы контроля качества воды.
Экономия водопотребления в производстве. Водооборотные системы.
1.4. Энергия в химической промышленности.
Виды и источники энергии в химической промышленности. Масштабы ее потребления и способы уменьшения энергетических затрат. Сущность и примеры регенерации энергии. Энерго-технологические системы. Вторичные энергетические ресурсы.
1.5. Балансовые расчеты в химической технологии.
Основы составления материального баланса в химически реагирующей системе. Стехиометрические уравнения и их использование для расчета материального баланса химико-технологического процесса.
1.6. Основы промышленной экологии.
Понятие об экологии и промышленной экологии. Кругооборот веществ и элементов в природе. Их изменение в процессе жизнедеятельности и производственной деятельности. Понятие безотходных и малоотходных производствах.
Отходы химических производств. Их источники, классификация по разным признакам. Их влияние на окружающую среду. Предельно-допустимые концентрации и количества вредных веществ.
Методы уменьшения воздействия химических производств на окружающую среду - усовершенствование производств, методы очистки, обезвреживания, утилизации и складирования (захоронения) отходов химических производств различного вида.
1.6. Примеры химических производств.
Рассматривается несколько важнейших и представительных производств из подотраслей химической промышленности: неорганические производства, нефтепеработка и нефтехимия, производства полимерных веществ и материалов, основной органический синтез, - как примеры переработки сырья в продукты.
Часть 2. Моделирование химико-технологических процессов.
1. Процессы и аппараты химической технологии.
1.1. Введение
Классификация процессов и аппаратов химической технологии механические, гидро- и аэродинамические, тепловые, массообменные, химические, энергетические, управления.
Моделирование как научный метод исследования процессов. Физическое и математическое моделирование, теория подобия. Их использование при исследовании и разработке химико-технологического процесса.
1.2. Гидро- и аэродинамические процессы.
Основы гидравлики. Физические свойства жидкостей и газов. Основные уравнения гидростатики и их практическое применение.
Основные закономерности движения жидкостей в открытом и стесненном пространствах - уравнения движения Эйлера, уравнения Бернулли, Стокса, Пуазейля. Сопротивление движению потоков. Основные закономерности и особенности движения вязких сред (коллоидных и пластичных систем).
Перемещение газов и жидкостей. Общие сведения о насосах и компрессорах, их основные характеристики.
Движение тел в вязкой среде, сопротивление их движению. Законы Ньютона и Стокса. Закономерности разделения двухфазных систем методами осаждения гравитационного и центробежного. Примеры аппаратурных решений и их расчета.
1.3. Тепловые процессы.
Молекулярный перенос теплопроводностью. Закон Фурье и уравнение теплопроводности.
Теплоперенос в движущейся среде. Конвективный теплообмен. Закон Ньютона, уравнения Фурье-Кирхгофа. Перенос к поверхности раздела фаз, коэффициент теплоотдачи. Критериальные уравнения. Основные закономерности переноса через многослойную среду, коэффициент теплопередачи.
Тепловое излучение. Формулы Стефана-Больцмана и Кирхгофа. Теплопередача излучением между телами.
Основные способы (принцип и методы) контроля температур различного уровня.
Назначение и виды теплообменных процессов и оборудования, основы их расчета.
1.4. Массообменные процессы.
Молекулярный перенос - диффузия молекулярная и кнудсеновская. Уравнения Фурье.
Межфазный перенос. Условие и описание межфазного равновесия, термодинамические основы. Изменение состава фаз при межфазном переносе и способы его выражения. Диаграммы фазового равновесия для различных систем. Кинетика межфазного переноса - механизм, основные уравнения дифференциальные и критериальные.
Основные массообменные процессы и аппараты - абсорбционные, адсорбционные, ректификационные. Методы их расчета.
1.5. Химические процессы и реакторы.
Стехиометрические, термодинамические и кинетические закономерности химических превращений
Классификация химических процессов. Химические процессы "газ-твердое", "газ-жидкость", каталитические. Основные закономерности, особенности, пути интенсификации.
Химические реакторы. Основы построения их моделей. Режимы идеального смешения и вытеснения, периодический и непрерывный, изотермический и с теплообменом. Основные закономерности, свойства, особенности, сопоставление, расчет. Примеры реакторов для различных процессов.
2. Химико-технологическая система (ХТС).
2.1. Введение.
Химическое производство как химико-технологическая система (ХТС) Системный анализ как научный метод исследование и разработки ХТС.
Задачи исследования (изучения) ХТС - синтез (разработка химико-технологического процесса) и анализ.
2.2. Анализ ХТС.
Состояние ХТС и основы составления материального и теплового балансов.
Материальный баланс различных систем - без химических превращений, реагирующей, с фазовыми переходами. Способы расчета и представления. Оценка эффективности использования сырьевых ресурсов.
Тепловой баланс. Способы расчета и представления. Оценка эффективности использования энергетических ресурсов по энтальпии, полной энергии и эксергии.
2.3. Синтез ХТС.
Основные концепции создания химико-технологических процессов: максимальное использование сырья и энергии, минимизация отходов, максимальная эффективность использования оборудования, - и способы их достижения.
3. Промышленные производства.
Промышленные производства рассматриваются предметно как примеры реализации теоретических разделов курса.
4. Заключение.
Основные тенденции и пути развития химической технологии и химических производств.