- •2. Химическая технология и защита окружающей среды
- •3. Основные направления в развитии химической промышленности.
- •4. Хтп и их классификация
- •5. Уровни анализа, описания и расчета хтп.
- •6. Основные показатели хтп: степень превращения, выход продукта
- •7. Расходные коэф-ты. Избирательность хтп (φ)
- •Скорость хтп. Способы увеличения скорости
- •9. Материальный баланс процесса.
- •10. Тепловой баланс процесса.
- •11. Задачи термодинамического анализа
- •12. Равновесие Принцип Ле-Шателье и его применение в хт. Равновесная степень превращения
- •13.Константа равновесия и способы ее выражения
- •14. Влияние температуры на константу равновесия, ее расчет
- •15.Общая характеристика гомогенных хтп
- •16. Влияние концентраций реагентов на скорость гомогенных процессов и степень превращения
- •Основное кинетическое уравнение:
- •17. Влияние концентрации реагентов на избирательность гомогенных хтп.
- •18. Температура как фактор повышения скорости процесса и управления выходом продукта реакции (необратимые, обратимые, экзо- и эндотермические реакции)
- •19. Влияние температуры на скорость, избирательность процесса и выход продукта при протекании сложных реакций
- •20. Влияние давления на скорость газофазных реакций
- •1 Влияние давления на скорость необратимых процессов
- •2 Влияние давления на скорость обратимых процессов
- •21. Характер изменения основных параметров хтп во времени
- •22. Принципы расчета оптимальных параметров проведения процессов
- •23. Применение катализаторов в гомогенных системах (гомогенный катализ)
- •24. Общая характеристика гетерогенных хтп.
- •25. Процессы протекающие во внешнедиффузионной области.
- •26. Внутредиффузионная область протекания процессов.
- •27. Кинетическая область протекания процессов.
- •28. Основные методы изготовления и требования к катализаторам.
- •29. Особенности протекания каталитических процессов. Гетерогенные каталитические процессы.
- •Области протекания гетерогенных каталитических процессов.
- •Влияние этих торможений на избирательность Кт.
- •Влияние внутридиффузионных торможений на кинетику процесса.
- •30. Переходные области протекания гетерогенного хтп.
- •31. Моделирование хтп. Общие понятия.
- •37. Основные характеристики потоков и их влияние на хтп
- •38. Протекание хтп в потоке идеального вытеснения (ив)
- •39. Температурные режимы протекания хтп.
- •40. Протекание хтп в потоке полного (идеального) смешения.
- •4 0.1. Технологические расчеты.
- •40.2. Закономерность хтп без теплообмена.
- •41. Теплообмен с окружающей средой как фактор интенсификации хтп в потоке.
- •42. Секционирование реакционной зоны потока смешения.
- •42.1. Методы расчета каскада реакционных зон.
- •43. Сопоставление протекания хтп в различных идеальных потоках.
- •43.1. Процессы без тепловых эффектов ( при изотермическом температурном режиме).
- •43.2. Процессы с большими тепловыми эффектами.
- •43.3. Сравнение по избирательности.
- •44. Протекание хтп в неидеальных потоках.
- •45. Химические реакторы
- •45.1. Классификация
- •46. Основные требования к промышленным реакторам:
- •47. Отклонения реальных реакторов от идеализированных моделей
- •48. Реакторы для гомогенных процессов
- •49. Реакторы для проведения гетерогенных процессов в системе г — ж
- •50. Химико-технологические системы (хтс). Основные определение.
- •51. Моделирование химика-технологической системы
- •52. Организация химико-технологического процесса. Выбор схемы процесса
- •53. Основные условные обозначения технолог.Операторов. Основные способы отражения структуры хтс.
- •54. Технологическая схема хтс. Схемы с открытой цепью и циклические
- •55. Элементы анализа и синтеза хтс.
- •56. Основные типы связей.
- •59. Задачи, решаемые при исследовании хтс.
- •60. Сырьё в химической технологии. Комплексное использование сырья.
- •61. Методы очистки воды для производственных процессов. Очистка сточных вод. Замкнутые водооборотные циклы.
- •62. Очистка газообразных промышленных выбросов.
- •63. Обработка твердых отходов
- •64. Виды энергии, применяемые в химической промышленности. Использование тепла отходящих газов: регенераторы, рекуператоры, котлы-утилизаторы.
- •65. Методы обогащения твёрдых, жидких материалов и газов.
4. Хтп и их классификация
В современной хим. промышленности используются десятки тысяч способов переработки исходного сырья. Каждый способ состоит из нескольких операций, выполняемых последовательно или параллельно в соответствующих машинах и аппаратах. Как правило, каждая операция представляет собой сочетание нескольких элементарных физ., физ-хим. и хим. пр-сов.
ХТП представляет собой совокупность операций, позволяющих получить целевой продукт из исходного сырья. Все эти операции входят в состав трех основных стадий, характерных практически для каждого химико-технологического процесса:
Подвод реагирующих компонентов из потока в зону р-ции.
Он совершается либо молекулярной диф-ей, либо конвекцией. В двух или многофазных системах (система – группы в-в, находящиеся в хим. или физ. взаимодействии) подвод реагирующих компонентов м. совер-ся: абсорбцией (десорбцией газов), конденсацией паров, плавлением тв. в-в или их р-рением в ж-тм, испарением или возгонкой тв. в-в.
Сама хим. р-ция - основной этап ХТП.
В реагирующей системе происходит неск-ко послед-ных или парал-ных р-ций, приводящих к обр-ию основного или целевого продукта, а также ряд побочных р-ций м/д основными исх в-вами и примесями, наличие к-рых в исх сырье в настоящее время неизбежно. В рез-те кроме осн продукта обр-ся побочные, имеющие н/х значение или же отходы пр-ва, не имеющие на данном отрезке времени достаточного применения в н/х.
Отвод из зоны р-ции в поток полученных продуктов.
Он м. сов-ся диф-ей, конвекцией и переходом в-ва из одной фазы в др. (Фаза – совокупность однородных частей системы, одинаковых по составу, физ. и хим. св-вам и ограниченных от др. частей системы пов-ю раздела).
Общая скорость технологического пр-са м. лимитировать скорость одного из трех составляющих элементарных пр-сов, к-рые протекают медленнее др.
Если наиб медленно идут медленные р-ции и лимитируют общую скорость пр-са, то последний происходит в кинетической области.
Технологи стремятся усилить те факторы (со, t ºС, Р, Кт). Если общая скорость пр-са лимитирует подвод реагента в зону р-ции или отвод продуктов р-ции в поток, то это означает, что пр-с происходит в диф-ой области.
Диф-ая обл-ть ХТП делится на внутридиф-ую и внешнедиф-ую.
Скорость диф-ии технологи стремятся увел-ть усиливая перемешивание (турбулизация реагирующей системы), повышая тем-ру и конц-цию переводом системы из многофазной в однофазную.
Если скорости всех стадий соизмеримы, то пр-с происходит в переходной области (Uр-ции ≈ Uдиф.) и поэтому необходимо воздействовать такими факторами, к-рые ускоряют как диф-ию, так и хим. р-цию, т.е. повышать тем-ру и начальную конц-цию исх. в-в.
На всех этапах, а особенно на заключительных, проводят также рекуперацию вторичных материальных и энергетических ресурсов. Потоки газообразных и жидких веществ, попадающих в окружающую среду, подвергают очистке и обезвреживанию от опасных примесей. Твердые отходы либо направляют на дальнейшую переработку, либо размещают для хранения в безопасных для окружающей среды условиях.
Таким образом, ХТП в целом – это сложная система, состоящая из единичных связанных между собой процессов (элементов) и взаимодействующая с окружающей средой.
Элементами ХТП являются перечисленные выше процессы тепло- и массообмена, гидромеханические, химические и т. д. Их рассматривают как единичные процессы химической технологии.
Единичные процессы протекают в различных аппаратах – химических реакторах, абсорбционных и ректификационных колоннах, теплообменниках и т. д. Отдельные аппараты соединены в технологическую схему процесса.
Классификация ХТП
ХТП классифицируется по следующим признакам:
-По агрегатному (фазовому) состоянию взаимодействующих веществ:
1)Гомогенные или однородные – такие системы, в которых все реагирующие вещества находятся в одной какой-либо фазе: Г,Ж,Т. В гомогенных системах взаимодействующих веществ реакции обычно происходят быстрее, чем в гетерогенных, механизм всего процесса проще и управление процессом легче.
2)Гетерогенные или неоднородные – включают две и большее количество фаз (Г
Ж, Г-Т,Ж-Ж несмешивающиеся, Ж-Т и Т-Т. Гетерогенные процессы более распространены в промышленно практике, чем гомогенные. Гетерогенный этап процесса имеет диффузионный характер, а химическая реакция происходит гомогенно в газовой или жидкой среде.
-По наиболее важным показателям параметрам режима процессы делятся:
1) Низкотемпературные, некаталитические – широко применяются в системах Г-Ж, Ж-Т. Аппаратура: для Г-Ж-колонная- насадочные башни и башни с разбрызгиванием жидкости, барботажные колонны; Ж-Т(несмешивающиеся Ж-Ж)- резервуар с различными перемешивающими устройствами: механические мешалки разных типов, пневматическим перемешиванием и другими смесительными приспособлениями.
2) Высокотемпературные
Каталитические
Электрохимические
Процессы, протекающие в диффузионной и кинетической области.
3) Обратимые и необратимые процессы.
- По характеру протекания во времени:
1)периодические
2)непрерывные
В гомогенных системах различают:
1)полное смешение – концентрация реагентов в проточном реакторе одинакова во всем объеме аппарата от точки ввода вещества до вывода продукционной смеси.
2)идеально вытеснение – исходная смесь не перемешивается с продуктами реакции, а проходит ламинарным потоком по всей длине или высоте аппарата.
В гетерогенных системах различают:
1)Прямоточные
2)противоточные
3)перекрестные
-По тепловому режиму проточные реакторы делятся на:
1)изотермические – температура постоянна во всем реакционном объеме, так как тепло экзотермических реакций отводится или же равномерно распределяется в реакционном объеме, а тепловые затраты на эндотермические процессы полностью компенсируются подводом тепла. Идеально-изотермический режим возможен лишь в реакторах полного смешения.
2)адиабатические – нет отвода или подвода тепла. Идеально-адиабатический режим возможен лишь в реакторах идеального вытеснения при полной изоляции от внешней среды.
3) программно-регулируемые (политропические) – тепло реакции лишь частично отводится из зоны реакции или компенсируется подводом для эндопроцессов в соответствии с расчетом аппарата. Температура по всей длине реакционного объеме изменяется неравномерно, и температурный режим выражается различными кривыми. Промышленные реакторы имеют политропический тепловой режим.