МІНІСТЕРСТВО НАУКИ ТА ОСВІТИ УКРАЇНИ

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання лабораторних робіт з курсу

"ЗАГАЛЬНА ХІМІЧНА ТЕХНОЛОГІЯ"

для студентів напряму підготовки 6.051301 «Хімічна технологія»

всіх форм навчання

Затверджено

на засіданні кафедри ХТНР

Протокол № 6 від 16.02. 2010 р.

Черкаси 2010

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу "Загальна хімічна технологія" для студентів всіх форм навчання напрямку підготовки 6.051301 „Хімічна технологія”/ Укл. Галенко М.В., Семененко Т.І., Столяренко Г.С. - Черкаси: ЧДТУ, 2010. - 76 с.

Укладачі: Столяренко Г.С, д.т.н., професор

Галенко М.В.

Семененко Т.І.

Рецензент Солодовник Т.В., к.х.н.

ПРОГРАМА НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ

Основна мета курсу – вивчення загальних, найбільш важливих принципових основ виробничих процесів. В програму курсу входить розглядання на конкретних прикладах порядку дослідження хіміко-технологічних процесів, підхід до визначення оптимальних фізико-хімічних умов виробництва.

Раціональний вибір хімічних апаратів, складання технологічних схем хімічних процесів та оцінка їх основних матеріальних та енергетичних пошуків, зв'язок хімічної технології з охороною навколишнього середовища. Використання нових технологій в області промислового синтезу.

3 вивченням загальної хімічної технології студенти повинні:

• отримати знання і навики в теоретичних питаннях хімічної технології;

• зрозуміти суть фізико-хімічних процесів, які відбуваються в апаратах технологічної схеми;

• навчитися робити економiчну оцінку сировинної бази та продуктів хімічних виробництв;

• знаходити перспективи розвитку галузі в світлі науково - технологічного процесу з використанням прийомів

• маркетінгу.

Для студентів денної форми навчання вивчення дисципліни передбачено у V, VI семестрі з виконанням розрахунково – графічної роботи, практичних робіт і складання заліків та іспитів.

Для студентів заочної форми навчання вивчення дисципліни передбачено у VII семестрі з виконанням контрольної роботи, практичних занять, складання заліку і іспиту.

Далі наведено розподіл годин для студентів денної та заочної форми навчання і структуру модулів і залікового кредиту.

Таблиця 1.1 – Розподіл годин з дисципліни за формами і видами навчання

Форма навчання	Курс	Семестр	Кредити ECTS	Аудиторні заняття (год.)				Самостійна робота (год.)	КР, РГР, КП, семестр	Заліки (семестр)	Іспит (семестр)	Всього годин в семестрі
				Всього	Лекції	Практич. заняття	Лабор. заняття
Денна	3	5	3,75	90	36	18	36	45	5	5	5	135
		6	4,75	119	34	34	51	52	6	6	6	171
Заочна	4	7	8,5	60	20	20	20	246	7	7	7	306

Таблиця 1.2 – Структура модулів дисципліни

Форма навчання	Курс	Семестр	Номер модуля	Назва модуля	кількість годин	Навчальні тижні	Номери тем модуля, відповідно робочої програми	Разом кількість годин за семестр
Денна	3	6	1	Хімічні процеси та реактри	67	1-9	1-8	135
			2	Гетерогенні процеси та теплові режими реакто-рів. Загальні принципи розробки ХТС	68	10-18	9-14
		7	3	Технології виробництва кислот, мінеральних солей, добрив	85	1-12	15-17	171
			4	Технології органічного синтезу	86	13-17	18,19

Таблиця 1.3 - Структура залікового кредиту навчальної дисципліни

„Загальна хімічна технологія”, 6 і 7 семестри

Семестр	Кредитний модуль	Загальний обсяг, годин	Аудиторних занять, годин	Самостійна робота, годин	Контрольний захід
VI	Модуль 1	67	45	22	ВК; ЛМ; ІКР ПМК
	Модуль 2	68	45	23	ЛМ; ІКР; ТК; ПМК
VII	Модуль 3	85	59	26	ВК; ТК; ЛМ; ПКР; ПМК
	Модуль 4	86	60	26	ТК; ЛМ; ПКР; ПМК
	Разом:	306	209	97

Примітка: ВК – вхідний контроль; ТК – тестовий контроль; ЛМ – лабораторний модуль; ІКР – індивідуальна контрольна робота: ПКР – поточна контрольна робота; ПМК – підсумковий модульний контроль

Таблиця 1.4 – Назви тем лабораторних робіт, їх зміст та об`єм

№ пп	Назва тем лабораторних занять	ОБ`ЄМ В ГОДИНАХ
	Хімічні процеси та реактри
1	Техніка безпеки при роботі в хімічній лабораторії	2
2	Визначення залежності швидкості хімічних реакцій від різних умов.	6
3	Вивчення моделі проточного трубчастого реактора.	5
4	Вивчення моделі реактору ідеального змішування	5
	Разом	18
	Гетерогенні процеси та теплові режими реакторів. Загальні принципи розробки ХТС
4	Визначення фізичних характеристик твердих сипучих хімічних реагентів	6
5	Одержання нафтопродуктів прямою перегонкою нафти	6
6	Технічний аналіз нафтопродуктів	6
	Разом	18
	Всього годин за VI семестр:	36
	Технології виробництва кислот, мінеральних солей, добрив
7	Дослідження корозії металів	6
8	Отримання їдкого натрію (NaOH) і хлору електрохімічним методом	6
9	Одержання сульфату амонію.	6
10	Застосування води в хімічній технології	7
	Разом	25
	Технології органічного синтезу
11	Одержання полісульфідних каучуків або тіоколів	7
12	Одержаним і дослідження конденсаційних смол	7
13	Електролітичне нікелювання і мідніння	6
14	Очищення хімічних реагентів (реактивів) методом прямої перегонки	6
	Разом	26
	Всього годин за VII семестр:	51
	Разом годин:	87

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

Визначення залежності швидкості хімічних реакцій від різних умов

Мета роботи: практичне визначення залежності швидкості хімічних реакцій від різних умов.

1. Теоретичні основи

Швидкість технологічних процесів - це результуюча величина швидкостей прямої, зворотної та сторонньої реакцій, а також конвекції і дифузії вихідних речовин у зону реакції і продуктів реакції з цієї зони.

Якщо швидкість реакції менша за швидкість дифузійних процесів, підвід реагуючих речовин і відвід продуктів, то процес протікає в кінетичній області і для його прискорення слід підвищувати температуру, концентрацію реагуючих речовин із можливим використанням каталізаторів. В кінетичній області протікає більшість позитивних процесів. Якщо швидкість реакції набагато більша за дифузійні процеси, то загальна швидкість визначається дифузією, оскільки процес відбувається у дифузійній області. Такий процес прискорюється перш за все перемішуванням реагуючих речовин та регулюванням тиску. Використання каталізаторів не прискорює дифузію.

Основні рівняння швидкості хімічного процесу:

1. Для гомогенних процесів швидкість процесу визначається підвищенням концентрації продуктів реакції С_п за часом:

(1.1)

де k - константа швидкості процесу;

С - рушійна сила, яка представлена виразом добутку діючих концентрацій вихідних речовин.

2. Для гетерогенних процесів, що проходять у дифузійній області при відомій поверхні F зіткнення фаз:

(1.2)

де G_п - кількість продукту, одержана за годину;

k - константа швидкості процесу, що також називається коефіцієнтом масопередачі.

3. Для гомогенних і гетерогенних процесів у кінетичній дифузійній областях швидкість процесу визначається:

(1.3)

де V - реагуючий об'єм.

Константа швидкості процесу k - складна величина, яка залежить від хімічних і фізичних властивостей реагуючих речовин, швидкостей потоків, реагуючих мас, перемішування компонентів і конструкції реакційних апаратів.

Формули для розрахунків k надто різні. В більшості випадків використовують експериментальні значення, що розраховуються за дослідними даними кінетичних рівнянь:

(1.4)

де С_сер - середня логарифмічна рушійна сила процесу.

Залежність константи швидкості реакції від температури виражається рівнянням Арреніуса:

(1.5)

де k_о - передекспоненціальна постійна величина рівняння Арреніуса;

Ε - енергія активації;

R - універсальна газова постійна;

Τ - термодинамічна температура.

Для газових реакцій з урахуванням впливу температури і тиску рівняння швидкості процесу має вигляд:

(1.6)

де C_сер. - середня рушійна сила процесу під атмосферним тиском;

Ρ - безрозмірний тиск в реакторі;

n - порядок реакції.

Середню рушійну силу процесу можна знайти за рівнянням:

(1.7)

Каталізатори збільшують швидкість хімічних реакцій, не впливають на стехіометричне співвідношення реагуючих речовин. Суть прискореної дії каталізаторів грунтується на протіканні реакції за потрібним механізмом з участю каталізаторів.

Наприклад, синтез може відбуватися без каталізатора за рівнянням реакції:

А + В = АВ;

- з енергією активації Е. У присутності каталізатора відбуваються дві послідовні реакції:

А + [К] = А [К]

В + А [К] = АВ + [К];

- з меншим значенням енергії активації Ε₁ і E₂.