Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Санкт-Петербургский государственный
инженерно-экономический университет»
Кафедра экономики и менеджмента
в нефтегазохимическом комплексе
Черепкова И. А..
Химико-технологические системы
Учебное пособие
Санкт-Петербург
2008
УДК 66.01.011
ББК 35.514
Утверждено редакционно-издательским советом СПбГИЭУ в качестве учебного пособия по спец. 080502(5)
Рецензенты:
Кафедра физической химии СПбГТИ (ТУ)
Доцент кафедры коллоидной химии СПбГТИ (ТУ), канд. хим. наук
О. Н. Еронько
Профессор кафедры экономики и менеджмента в нефтегазохимическом комплексе СПбГИЭУ, канд. тех. наук Е. Е. Никитин
В учебном пособии изложены современные представления о химико-технологических системах (ХТС), их структурах, анализе, синтезе и оптимизации. Рассмотрены методы расчета технологических показателей качества и выбора критериев оптимизации ХТС. От опубликованных немногочисленных учебных пособий и монографий, посвященных химико-технологическим системам и предназначенных для специалистов в области химической технологии и математического моделирования технологических процессов, данное учебное пособие отличается доступностью изложения общих подходов к анализу и оптимизации ХТС. Задачей учебного пособия является выработка у студентов экономических специальностей умения анализировать влияние физико-химических и технологических параметров управления процессами в химико-технологической системе на экономические параметры функционирования предприятия.
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 080502(5) – Экономика и управление на предприятии химической промышленности.
Содержание
ВВЕДЕНИЕ |
7 |
1. ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ |
10 |
1. 1. Термины и определения |
10 |
1. 2. Технологические критерии эффективности химико-технологических систем |
12 |
1. 2. 1. Степень превращения |
13 |
1. 2. 2. Выход продукта |
15 |
1. 2. 3. Расходные коэффициенты сырья |
17 |
1. 2. 4. Производительность и интенсивность |
18 |
1. 2. 5. Избирательность |
19 |
1. 3. Структуры химико-технологических систем |
21 |
1. 3. 1. Последовательная технологическая связь |
23 |
1. 3. 2. Параллельная технологическая связь |
25 |
1. 3. 3. Последовательно-обводная технологическая связь |
26 |
1. 3. 4. Обратная (рециркуляционная) технологическая связь |
27 |
1. 3. 5. Перекрестная технологическая связь |
27 |
1. 4. Системный декомпозиционный анализ химико-технологических систем |
28 |
1. 4. 1. Молекулярно-кинетический уровень |
30 |
1. 4. 2. Макрокинетический уровень |
31 |
1. 4. 3. Аппаратный уровень |
32 |
1. 4. 4. Уровень химико-технологической системы |
33 |
1. 4. 4. 1. Синтез химико-технологической системы |
35 |
1. 4. 4. 2. Анализ химико-технологической системы |
36 |
1.4. 4. 3. Оптимизация химико-технологической системы |
36 |
2. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА |
42 |
2. 1. Основные понятия и определения |
42 |
2. 2. 1. Работа расширения идеального газа |
48 |
2. 2. 2. Теплота процесса в различных условиях |
51 |
2. 2. 3. Закон Гесса. Расчет тепловых эффектов химических реакций с использованием стандартных теплот образования и сгорания |
53 |
2. 2. 4. Зависимость тепловых эффектов реакций от температуры. Закон Кирхгофа. |
56 |
2. 3. Второе начало термодинамики |
59 |
2. 3. 1. Термодинамически обратимые и необратимые процессы |
62 |
2. 3. 2. Математическое выражение второго начала термодинамики. Энтропия |
64 |
2. 3. 2. 1. Энтропия и термодинамическая вероятность |
64 |
2. 3. 2. 2. Изменение энтропии как критерий направления процессов |
66 |
2. 3. 2. 3. Изменение энтропии при нагревании |
66 |
2. 3. 2. 4. Изменение энтропии при фазовых превращениях |
67 |
2. 3. 2. 5. Расчет абсолютной энтропии вещества |
68 |
2. 3. 2. 6. Изменение энтропии при химических превращениях |
69 |
2. 3. 3. Применение второго начала термодинамики к химическим процессам |
70 |
2. 3. 3. 1. Термодинамические потенциалы |
70 |
2. 3. 3. 2. Уравнение Гиббса-Гельмгольца |
73 |
2. 3. 3. 3. Критерии направления процессов в закрытой системе |
74 |
2. 3. 4. Химический потенциал идеального и реального газа. Термодинамическая активность |
75 |
2. 3. 5. Уравнение изотермы химической реакции |
78 |
3. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ |
81 |
3. 1. Константы равновесия |
81 |
3. 2. Расчет равновесного состава и равновесного выхода продуктов химической реакции |
86 |
3. 3. Влияние температуры и давления на равновесный выход продуктов реакции. Принцип Ле Шателье |
87 |
3. 3. 1. Зависимость константы равновесия от температуры. Уравнение изобары химической реакции |
87 |
3. 3. 2. Влияние давления на равновесный выход продуктов химической реакции |
88 |
4. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ |
91 |
4. 1. Основные понятия и определения |
92 |
4. 2. Условия равновесного сосуществования фаз |
93 |
4. 3. Правило фаз Гиббса |
94 |
4. 4. Однокомпонентные системы |
95 |
4. 4. 1. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса |
96 |
4. 4. 1. 1. Применение уравнения Клапейрона-Клаузиуса к процессу плавления |
97 |
4. 4. 1. 2. Применение уравнения Клапейрона-Клаузиуса к процессам испарения и возгонки |
98 |
4. 4. 2. Диаграмма состояния однокомпонентной системы |
101 |
4. 5. Метод физико-химического анализа. Диаграммы состав – свойство |
104 |
4. 6. Двухкомпонентные системы |
106 |
4. 6. 1. Бинарные системы взаимно растворимых жидкостей |
106 |
4. 6. 1. 1. Общая характеристика растворов |
106 |
4. 6. 1. 2. Диаграмма состояния температура – состав для идеального жидкого раствор |
109 |
4. 6. 1. 3. Правило рычага |
112 |
4. 6. 1. 4. Диаграммы температура кипения – состав для неидеальных растворов |
114 |
4. 6. 1. 5. Разделение бинарных растворов |
116 |
4. 6. 2. Системы взаимно нерастворимых жидкостей |
123 |
4. 6. 2. 1. Диаграмма температура кипения – состав для двух несмешивающихся жидкостей |
124 |
4. 6. 2. 2. Перегонка с водяным паром |
125 |
4. 7. Трехкомпонентные системы |
127 |
4. 7. 1. Закон распределения |
128 |
4. 7. 2. Экстрагирование |
129 |
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК |
131 |