Оглавление

Введение…………………………………………………………....	4
1 Основные процессы и аппараты………………………………..	5
2 Центрифугирование и сверхцентрифуга………………………	14
3 Расчет кинетики химической реакции……................................	22
Заключение………………………………………………………….	34
Список использованных источников……………………..………	35

Введение

Учебная практика проходила на кафедре «Процессы и аппараты химических производств».

Цель практики: прослушать курс лекций; ознакомиться с химико-технологическими процессами, их классификацией и особенностями; произвести расчет математического моделирования кинетики химической реакции; овладеть такими программами как Word , Excel и Fortran.

На первой лекции рассказывали об одном из основных уравнений химической кинетики- это уравнение Аррениуса.

На второй лекции нас познакомили с различными процессами химического производства. В химической технологии осуществляются самые разнообразные процессы производства кислот, щелочей, солей, минеральных удобрений, продуктов переработки нефти и каменного угля, многочисленных органических соединений, полимерных и многих других материалов.

Третью лекцию посвятили химическим реакторам. Существует две основные модели протекания реакций в реакторах: реактор идеального смешения и реактор идеального вытеснения.

Цель работы достигается посредством решения следующих задач:

– проведение математического моделирования кинетики химической

реакции по экспериментальным данным;

– определение параметров уравнения Аррениуса;

– определение среднего времени пребывания и расчет объемов

реакторов идеального вытеснения (РИВ) и идеального смешения (РИС);

– обработка экспериментальных и расчетных данных на ЭВМ и

представление их в табличной и графической форме.

1 Основные процессы и аппараты

Химическая технология — наука о наиболее экономичных и экологически целесообразных методах и средствах переработки сырых природных материалов в продукты потребления и промежуточные продукты.

Неорганическая химическая технология включает переработку минерального сырья (кроме металлических руд), получение кислот, щелочей, минеральных удобрений. Органическая химическая технология – переработку нефти, угля, природного газа и других горючих ископаемых, получение синтетических полимеров, красителей, лекарственных средств и других веществ.

Основные процессы.

Все процессы химической технологии разделяют в зависимости от общих кинетических закономерностей протекания процесса на пять основных групп:

• гидромеханические;

• тепловые;

• массобменные (или диффузионные) процессы;

• химические процессы;

• механические процессы.

Гидромеханические процессы.

Гидромеханические процессы химической технологии, подразделяют на процессы, протекающие с образованием неоднородных систем (диспергирование, перемешивание, псевдоожижение, пенообразование), с разделением этих систем (классификация гидравлическая, осаждение, фильтрование, центрифугирование др.), с перемещением потоков в трубопроводах или аппаратах.

Диспергирование — тонкое измельчение твёрдых тел или жидкостей, в результате чего получают порошки, суспензии, эмульсии. При диспергировании твёрдых тел происходит их механическое разрушение.

Перемешивание — способ получения однородных смесей и (или) интенсификации тепло- и массообмена в хим. аппаратуре. В соответствии с агрегатным состоянием веществ или материалов различают перемешивание жидких сред и перемешивание твердых сыпучих материалов. Перемешивание производится преимущественно в емкостных аппаратах с перемешивающими устройствами (обычно мешалками). Процесс заключается в распределении растворенных веществ, взвешенных частиц и теплоты, а также в диспергировании капель и пузырьков в жидкости путем приведения ее в вынужденное движение. При этом возникает циркуляционное течение жидкости по окружности и (или) в меридиональном направлении, сопровождающееся появлением напряжений сдвига. Характер и интенсивность перемешивания зависят от конструкций аппаратов и мешалок.

Псевдоожижение — превращение слоя зернистого материала под влиянием восходящего газового или жидкостного потока либо иных физ.-мех. воздействий в систему, твердые частицы к-рой находятся во взвешенном состоянии, и напоминающую по свойствам жидкость, псевдоожиженный слой. Из-за внешнего сходства с кипящей жидкостью псевдоожиженный слой часто называют кипящим слоем.

Процессы пенообразования делят на два вида: пенообразование и взбивание. Сущность их одинакова и заключается в диспергировании газа или воздуха в жидкости.

Пенообразование применяется при производстве газонаполненных коктейлей.

Одним из способов пенообразования является барботирование газа в жидкость через перфорированную трубку. Струйки газа распадаются на пузырьки, которые поднимаются с большей или меньшей равномерностью и распределяются в массе жидкости. В качестве пенообразователя используется яичный белок, молочный белок, казеинат натрия. Физико–химические свойства пены (плотность, вязкость) зависят от размеров пузырьков газа, а последние от состава и концентрации поверхностно-активных веществ.

Взбивание применяется при приготовлении кремов, суфле, мороженого, взбитых сливок и др. Процесс взбивания осуществляется в основном в аппаратах периодического действия – в бачках со взбивателями. При вращении бачка и захвате воздуха происходит наполнение им массы продукта. При перемешивании воздух диспергируется, взбивание приводит к уменьшению плотности продукта. Хорошей степенью взбивания считается увеличение объема продукта в 1,5–3 раза.

Осаждение — это образование твердого осадка в растворе в ходе химической реакции, например, добавлением соответствующих реагентов. По окончании реакции, образовавшийся сухой остаток называют преципитатом, а жидкость выше него — супернатантом.

Фильтрование — процесс разделения неоднородных систем (например, суспензия, аэрозоль) при помощи пористых перегородок, пропускающих дисперсионную среду и задерживающих дисперсную твёрдую фазу.

Центрифугирование — разделение неоднородных систем (например, жидкость — твердые частицы) на фракции по плотности при помощи центробежных сил. Центрифугирование осуществляется в аппаратах, называемых центрифугами. Центрифугирование применяется для отделения осадка от раствора, для отделения загрязненных жидкостей, производится также центрифугирование эмульсий (напр., сепарирование молока). Центрифугирование бетона применяется для увеличения его прочности. Для исследования высокомолекулярных веществ, биологических систем применяют ультрацентрифуги. Центрифугирование используют в химической, атомной, пищевой, нефтяной промышленностях [4]. 

Тепловые процессы.

К тепловым процессам относятся такие технологические процессы, скорость которых определяется скоростью подвода или отвода теплоты: нагревание, испарение (в том числе выпаривание), охлаждение, конденсация и др.

В качестве теплоносителя в пищевой промышленности широко применяют насыщенный или перегретый водяной пар. В качестве промежуточных теплоносителей используют водяной пар, воду и высокотемпературные теплоносители (минеральные масла, органические жидкости, расплавленные соли, металлы и другие).

В холодильной технике в качестве теплоносителей используют хладоагенты: воздух, рассолы, аммиак, диоксид углерода, фреон и другие.

Тепловая обработка продуктов осуществляется разными способами: погружением в жидкую среду, обработкой паровоздушной и пароводяной смесями, острым паром и другие.

Нагревание насыщенным водяным паром. Важными достоинствами насыщенного водяного пара являются передача значительного количества теплоты при малом расходе пара и небольших поверхностях теплообмена, постоянство температуры конденсации при данном давлении и точное поддержание заданной температуры, доступность, пожаробезопасность, наличие относительно высокого теплового КПД.

Основной недостаток насыщенного водяного пара заключается в значительном возрастании давления при повышении температуры, что требует более прочной и дорогостоящей аппаратуры и подводящих коммуникаций. Обычно насыщенный водяной пар применяется при температуре +180-190 °С.

При дополнительном нагреве насыщенного пара на специальных установках – пароперегревателях получают перегретый пар, но он имеет незначительный коэффициент теплоотдачи. В качестве теплоносителя используют насыщенный водяной пар в виде глухого пара при осуществлении обогрева через теплопередающую стенку или острого пара при смешении пара и нагреваемого продукта.

Способ нагрева острым паром проще в сравнении с нагревом глухим паром и позволяет полнее использовать тепло пара из–за смешивания парового конденсата с нагреваемой жидкостью и выравнивания их температур. Пар подводится к нагреваемой жидкости с помощью труб с отверстиями, которые называются барботерами [10]. 

Массообменные процессы.

Массообменные процессы — такие технологические процессы, скорость протекания которых определяется скоростью переноса вещества (массы) из одной фазы в другую конвективной и молекулярной диффузией. Движущей силой массообменных процессов является разность концентраций распределяемого вещества во взаимодействующих фазах.

Массообменные процессы классифицируют по трем основным признакам: агрегатному состоянию вещества, способу контакта фаз и характеру их взаимодействия.

По агрегатному состоянию вещества можно представить основные фазы: «газ – жидкость» (Г - Ж), «газ – твердое тело» (Г – Тв.т), «жидкость – жидкость» (Ж–Ж), «жидкость – твердое тело» (Ж – Тв.т) и другие. В зависимости от сочетания фаз имеются способы их разделения. Так, при сочетании Г–Ж разделение возможно дистилляцией, ректификацией, абсорбцией и десорбцией, сушкой и увлажнением; Г – Тв.т – сублимационной сушкой, адсорбцией, ионным обменом, фракционной адсорбцией; Ж – Ж–жидкостной экстракцией; Ж–Тв.т – фракционной кристаллизацией, экстрагированием, адсорбцией, ионным обменом [4].

Дистилляция — перегонка, испарение жидкости с последующим охлаждением и конденсацией паров. Различают дистилляцию с конденсацией пара в жидкость (при которой получаемый конденсат имеет усреднённый состав вследствие перемешивания) и дистилляцию с конденсацией пара в твёрдую фазу (при которой в конденсате возникает распределение концентрации компонентов). Продуктом дистилляции является конденсат или остаток (или и то, и другое) – в зависимости от дистиллируемого вещества и целей процесса. Основными деталями дистилляционного устройства являются обогреваемый контейнер (куб) для дистиллируемой жидкости, охлаждаемый конденсатор (холодильник) и соединяющий их обогреваемый паропровод.

Ректификация — это процесс разделения бинарных или многокомпонентных смесей за счет противоточного массо- и теплообмена между паром и жидкостью. Ректификацию можно проводить периодически или непрерывно. Ректификацию проводят в башенных колонных аппаратах, снабженных контактными устройствами (тарелками или насадкой) ректификационных колоннах.

Десорбция — процесс, обратный адсорбции и абсорбции, при котором поглощённое вещество покидает поверхность или объём адсорбента.

Адсорбция — преимущественное концентрирование молекул газа или растворённого в жидкости вещества (адсорбата) на поверхности жидкости или твёрдого тела (адсорбента), а также растворённого в жидкости вещества на границе её раздела с газовой фазой.

Абсорбция — поглощение веществ из газовой смеси жидкостями или (реже) твёрдыми телами (абсорбентами).

Сушка — процесс принудительного удаления жидкости (чаще всего влаги/воды, реже иных жидкостей, например, летучих органических растворителей) из веществ и материалов.

Экстрагированием называется процесс полного или ча­стичного разделения смеси веществ, обладающих неодинаковой раство­римостью в том или ином растворителе. Разделяемую смесь обрабатывают растворителем для извлечения из нее более легко растворимого вещества.

Химические процессы.

Технологическая классификация химических процессов.

Разработка любой химической технологии начинается с технологической классификации химического процесса, то есть с определения основных признаков, от которых зависит выбор объектов и инструментов его управления. Под объектами управления следует понимать критерии эффективности процесса, а под инструментами управления - технологические параметры процесса, конструкцию реактора и другие условия, влияющие на эффективность химического процесса.

Существует ряд признаков, по которым можно классифицировать химические процессы.

1) Процессы могут быть простые и сложные.

Простые процессы описываются одним стехиометрическим уравнением.

А → С или А + В → С + D

В сложных процессах наряду с целевой реакцией протекают побочные

реакции, и для описания процесса требуется несколько уравнений.

Сложные процессы могут быть:

- последовательные (конвективные) А + В → R, R → S (в побочной реакции участвует целевой продукт)

- параллельные А + В → R, А + C → S (в побочной реакции участвует один из реагентов)

- смешанные А + В → R, А + R→ S

2) Процессы могут быть необратимые и обратимые.

Обратимые процессы протекают одновременно в прямом и обратном направлении и закачиваются установлением химического равновесия, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции.

В необратимых процессах реакция протекает в одном направлении и заканчивается полным исчерпыванием реагентов.

3) Процессы могут быть экзо- и эндотермические, то есть протекать соответственно, с выделением или поглощением тепла. Различают также процессы с большим тепловым эффектом и процессы с малым тепловым эффектом.

4) Процессы могут быть гомогенные и гетерогенные.

В гомогенных процессах все участники реакции находятся в одной фазе; в гетерогенных - реагенты находятся в разных фазах и химической реакции предшествует переход через границу раздела фаз.

5) Процессы бывают каталитические и некаталитические [1].

Механические процессы.

Механические процессы химической технологии используют для переработки твердых материалов.

К числу механических процессов относятся: разделение материалов на фракции по размеру (крупности) частиц; разрушение материалов до требуемых размеров; смешение материалов; формообразование - формирование твердых частиц (гранул) с заданными свойствами, каландрование, литье, прессование, экструзия пластмасс, резиновых смесей, формирование химических волокон, уплотнение материалов в однородные по размерам и массе заготовки правильной геометрической формы, заключение материалов в оболочки с получением капсул, обладающих требуемыми свойствами; дозирование; транспортирование материалов; упаковка конечных продуктов и т.д.

Экструзия — технология получения изделий путем продавливания расплава материала через формующее отверстие.

Прессование — процесс обработки материалов давлением, производимый с целью увеличения плотности, изменения формы, разделения фаз материала, для изменения механических или иных его свойств.