![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •1.1. Массовый, объемный и мольный состав реакционной смеси
- •1.2. Характеристики газовых смесей
- •1.3. Основные критерии стадий химического превращения
- •1.4. Элементы расчетов химических реакторов
- •1.5. Тепловые расчеты химико-технологических процессов
- •1.6. Соотношение единиц измерения
- •1.7. Справочные сведения
- •1.8. Примеры и задачи к главе 1
- •Пример 1.1
- •Решение
- •Пример 1.2
- •Решение
- •Пример 1.3
- •Решение
- •Задача 1.1
- •Задача 1.2
- •Задача 1.3
- •Задача 1.4
- •2.1. Получение полиэтилена
- •2.2. Полиэтилен высокого давления
- •2.2. Полиэтилен низкого давления
- •2.3. Полиэтилен среднего давления
- •2.4. Получение полипропилена в промышленности
- •Особенности полимеризации пропилена
- •Промышленное производство полипропилена
- •2.5. Производство полиизобутилена
- •Особенности полимеризации изобутилена
- •Производство полиизобутилена
- •2.6. Примеры и задачи к главе 2
- •Пример 2.1
- •Решение
- •Пример 2.2
- •Решение
- •Пример 2.3
- •Решение
- •Пример 2.4
- •Решение
- •Пример 2.5
- •Решение
- •Пример 2.6
- •Решение
- •Пример 2.7
- •Решение
- •Пример 2.8
- •Решение
- •Пример 2.9
- •Решение
- •Пример 2.10
- •Решение
- •Пример 2.11
- •Решение
- •Пример 2.12
- •Решение
- •Пример 2.13
- •Решение
- •Пример 2.14
- •Решение
- •Пример 2.15
- •Решение
- •Пример 2.16
- •Решение
- •Пример 2.17
- •Решение
- •Задача 2.1
- •Задача 2.2
- •Задача 2.3
- •Задача 2.4
- •Задача 2.5
- •Глава 3. Получение синтетических каучуков
- •3.1. Каучуки общего назначения
- •3.2. Каучуки специального назначения
- •3.3. Примеры и задачи к главе 3
- •Пример 3.1
- •Решение
- •Пример 3.2
- •Решение
- •Пример 3.3
- •Решение
- •Пример 3.4
- •Решение
- •Задача 3.1
- •Задача 3.2
- •Задача 3.3
- •Глава 4. Получение поливинилацетата
- •4.1. Производство растворов ПВА
- •4.2. Производство полимеров и сополимеров винилацетата эмульсионным методом
- •4.3. Производство поливинилацетата суспензионным методом
- •4.4. Примеры и задачи к главе 4
- •Пример 4.1
- •Решение
- •Пример 4.2
- •Решение
- •Задача 4.1
- •Задача 4.2
- •Глава 5. Производство полимеров и сополимеров стирола
- •5.1. Производство полистирола, ударопрочного полистирола и сополимеров акрилонитрила, бутадиена и стирола в массе
- •5.2. Производство полимеров и сополимеров стирола суспензионным способом
- •5.3. Производство полимеров и сополимеров стирола эмульсионным способом
- •5.4. Примеры и задачи к главе 5
- •Пример 5.1
- •Решение
- •Пример 5.2
- •Решение
- •Пример 5.3
- •Решение
- •Пример 5.4
- •Решение
- •Пример 5.5
- •Решение
- •Пример 5.6
- •Решение
- •Задача 5.1
- •Задача 5.2
- •Задача 5.3
- •Глава 6. Полимеры и сополимеры хлористого винила
- •6.1. Полимеризация хлористого винила в массе
- •6.2. Технология получения суспензионного ПВХ
- •6.3. Технология производства латексного ПВХ
- •6.4. Примеры и задачи к главе 6
- •Пример 6.1
- •Решение
- •Пример 6.2
- •Решение
- •Пример 6.3
- •Решение
- •Пример 6.4
- •Решение
- •Пример 6.5
- •Решение
- •Задача 6.1
- •Задача 6.2
- •Задача 6.3
- •Задача 6.4
- •Задача 6.5
- •Задача 6.6
- •Задача 6.7
- •Задача 6.8
- •Глава 7. Акриловые полимеры
- •7.1. Получение полиметилметакрилата в массе мономера
- •7.2. Полимеризация в суспензии
- •7.3. Производство акриловых полимеров эмульсионным способом
- •7.4. Примеры и задачи к главе 7
- •Пример 7.1
- •Решение
- •Пример 7.2
- •Решение.
- •Задача 7.1
- •Задача 7.2
- •Глава 8. Расчеты рецептур в производстве алкидных смол
- •8.1. Химическая природа алкидов
- •8.2. Расчет рецептур алкидов по средней функциональности реакционной смеси
- •8.3. Примеры и задачи к главе 8
- •Пример 8.1
- •Решение
- •Пример 8.2
- •Решение
- •Пример 8.3
- •Решение
- •Пример 8.4
- •Решение
- •Пример 8.5
- •Решение
- •Пример 8.6
- •Решение
- •Пример 8.7
- •Решение
- •Задача 8.1
- •Задача 8.2
- •Задача 8.3
- •Задача 8.4
- •Задача 8.5.
- •Глава 9. Фенолоальдегидные смолы и другие полимеры
- •9.1. Особенности взаимодействия фенолов с альдегидами. Строение и отверждение фенолоальдегидных смол
- •9.2. Технология производства фенолоальдегидных смол
- •Периодический процесс получения твердой новолачной смолы
- •Производство резольных смол
- •9.3. Примеры и задачи к главе 9
- •Пример 9.1
- •Решение
- •Пример 9.2
- •Решение
- •Пример 9.3
- •Решение
- •Пример 9.4
- •Решение
- •Пример 9.5
- •Решение
- •Задача 9.1
- •Задача 9.2
- •Задача 9.3
- •Задача 9.4
- •Задача 9.5
- •Задача 9.6
- •Задача 9.7
- •Задача 9.8
- •Задача 9.9
- •Задача 9.10
- •Задача 9.11
- •Задача 9.12
- •Задача 9.13
- •Задача 9.14
- •Задача 9.15
- •Список литературы
![](/html/2706/186/html_UsbuhMK2Uq._0pZ/htmlconvd-7GjHWd10x1.jpg)
Критический объем – объем занимаемый веществом при критическом состоянии (наибольший объем в жидком состоянии).
1.3. Основные критерии стадий химического превращения
Любую технологическую схему можно рассматривать как комплекс последовательных химических превращений, каждая из которых осуществляется в три стадии:
•подготовительная обработка исходного вещества;
•химическое превращение исходного вещества;
•выделение и очистка целевого продукта.
Основой для описания количественной взаимосвязи этих стадий служит материальный поток, величина и состав которого определяется главными показателями стадий химического превращения – конверсией сырья и выходом конечного продукта.
Конверсия исходного сырья – количество превращенного сырья (компонента сырья), отнесенное к загрузке реактора, выраженное в процентах или долях единицы.
Рассмотрим простейшую реакцию
A →B +C ,
где В – целевой продукт.
Пусть количество компонента А в загрузке реактора равно
в продуктах реакции GAк (кг/ч) или nAн и nAк (кмоль/ч). Тогда конверсию компонента А (в %) можно выразить следующим образом:
α = GAн −GAк |
100 = nAн −nAк 100 |
= GAпр 100 = nAпр 100 . |
||
GAн |
|
nAн |
GAн |
nAн |
Конверсия характеризует степень превращения сырья в целевые |
||||
и побочные |
продукты и, в |
конечном |
счете, количество сырья, |
подлежащего рециркуляции.
Выход целевого продукта в расчете на пропущенное сырье – количество целевого продукта, отнесенное к загрузке реактора, выраженное в % (масс.) или массовых долях.
Если количество целевого продукта обозначить GB (кг/ч), выход продукта В в расчете на пропущенное сырье GAн составит:
x= GB 100.
GAн
Для количественной оценки стадии химического превращения используют также показатель селективности (избирательности).
9
Селективность — доля (или процент) превращенного сырья, израсходованная на образование целевого продукта:
ψ |
B |
= |
|
nB |
100 . |
|
(0.1) |
||
|
|
|
|||||||
|
|
|
nAпр |
|
|
|
|||
Селективность процесса характеризует степень полезного |
|||||||||
использования сырья. |
|
|
|||||||
Количество |
сырья А, превращенного в продукт В, равно: |
||||||||
GA→B = nB M A . Отсюда следует, что |
|||||||||
ψ |
B |
= |
GA→B |
= nB M A = |
nB |
100 . |
|||
|
|
||||||||
|
|
|
GAпр |
GAпр |
nAпр |
Селективность также определяют как отношение выхода целевого продукта к его стехиометрическому выходу или как отношение количества целевого продукта к его стехиометрическому количеству, которое могло бы образоваться при отсутствии побочных реакций.
Если бы реакция шла без образования побочных продуктов, то количество полученного продукта было бы равно:
GBстех = |
GAпр MB |
, |
(0.2) |
|
|||
|
M A |
|
а селективность:
ψ |
B |
= |
GB |
. |
(0.3) |
|
|||||
|
|
Gстех |
|
||
|
|
|
B |
|
Легко показать, что селективности, рассчитанные по уравнениям (0.1) и (0.3), будут одинаковы. Подставим выражение для GBстех из
уравнения (0.2) в уравнение (0.3):
ψ |
B |
= |
GB M A |
= |
nB |
. |
|
||||||
|
|
GAпр MB |
|
nAпр |
В литературе часто используют понятие «выход от теоретического», подразумевая под этим селективность, выраженную как отношение выхода целевого продукта к его стехиометрическому выходу. Такое выражение селективности («выход от теоретического») неприменимо к обратимым реакциям, так как в этом случае теоретическое или равновесное количество вещества В равно:
GAтеор = GBстех xBр ,
где xBр – равновесный выход продукта при данных условиях, доли
единицы.
С использованием основных показателей стадии химического превращения рассчитывают материальный баланс производства, расход сырья на единицу продукта и на заданную мощность аппарата, объемы
10
![](/html/2706/186/html_UsbuhMK2Uq._0pZ/htmlconvd-7GjHWd12x1.jpg)
оборудования. Затем составляют тепловой баланс, определяют техникоэкономические показатели производства.
1.4. Элементы расчетов химических реакторов
Расчет реакторов для проведения химического взаимодействия является основной частью технологического расчета производства. Этот расчет сводится к определению основных конструкционных размеров аппаратов и их числа. Размеры и число аппаратов как периодического, так и непрерывного действия определяются их производительностью.
Производительность реакционного аппарата или установки – количество целевого продукта (кг, т, м3), получаемого в единицу времени (с, ч, сутки, год). Зафиксированная производительность аппарата (установки) называется мощностью.
Объем реакционной зоны (объем рабочей части) аппаратов непрерывного действия определяют по уравнению
VP =Vc τ,
где Vc –объемный расход (м3/с), а τ – время, необходимое для проведения процесса, с.
Площадь поперечного сечения аппарата составляет (в м2):
S = Vwc ,
где w – линейная скорость движения среды в аппарате, м/с. Определив площадь сечения, легко найти диаметр аппарата (в м):
D = 4πS .
Высота (длина) реакционной зоны аппарата равна (в м):
H = VSP = w τ.
Для аппаратов, заполненных катализатором, объем рабочей части принимают равным объему катализатора VК (м3), который определяют исходя из объемной скорости газа (жидкости) или производительности катализатора.
Объемная скорость – объем газовой смеси (жидкости), проходящей через единицу объема катализатора в единицу времени (м3/(м3 ч) или ч-1):
VО = Vсырья ,
VК
откуда VК = Vсырья .
VО
11
![](/html/2706/186/html_UsbuhMK2Uq._0pZ/htmlconvd-7GjHWd13x1.jpg)
Производительность катализатора – масса (объем) целевого продукта, снимаемого с единицы объема (массы) катализатора в единицу времени (кг/(м3 ч), м3/(м3 ч), кг/(кг ч), м3/( кг ч)):
NÊ = |
Nï ðî ä |
; |
NÊ = |
Nï ðî ä |
. |
|
|
||||
|
VÊ |
|
mÊ |
Для периодических процессов общий реакционный объем аппаратов равен (в м3):
VP = V24сут ϕτц ,
где Vсут – суточный объем перерабатываемых веществ; τц – время технологического цикла (на проведение собственного процесса и вспомогательных операций); ϕ – коэффициент заполнения аппарата (принимается от 0,4 до 0,9).
Выбор конструкции реактора зависит от следующих факторов:
•скорости протекания химических реакций (времени пребывания реакционной массы в реакционной зоне аппарата);
•оптимальных технологических параметров – температуры и давления; оптимальных условий тепло- и массообмена;
•экономических показателей.
Для расчета химического реактора чаще всего используют идеализированные модели, например:
•периодический реактор полного смешения (РПД);
•непрерывный реактор идеального вытеснения (РИВНД);
•непрерывный реактор полного смешения (РИСНД).
Химические процессы очень разнообразны и могут протекать в диффузионной, кинетической или переходной области. В общем виде скорость химико-технологического процесса можно выразить уравнением
r = k ∆C ,
где r – скорость процесса, k – константа скорости, ∆С – движущая сила процесса (изменение концентрации).
Достижение максимального выхода продукта определяется временем пребывания реагирующих веществ в реакционной зоне.
Необходимая вместимость реакционного аппарата, его производительность и интенсивность работы зависят от скорости протекания процесса.
Время пребывания реагирующих веществ в реакционной зоне (τ) определяют из кинетических уравнений первого, второго и третьего порядков. В реакциях первого порядка стехиометрический коэффициент прямой реакции равен единице, в реакциях второго порядка – двум,
12