МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний авіаційний університет

С.В. Іванов, п.С. Борсук, н.М. Манчук загальна хімічна технологія

Навчально-методичний комплекс:

для студентів ІЗДН спеціальності 6.091600

”Хімічна технологія та інженерія”

Київ 2007

УДК 66.0 (076.5)

ББК Л 10 47

І 201

Рецензенти:

В.Л. Чумак-д-р хім. наук, проф. Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”

Г.М. Прокоф’єва -канд. хім. наук., доц. Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”

Затверджено на засіданні методично-редакційної ради

Університету 2007 року

Іванов С.В., Борсук П.С, Манчук Н.М.

І 201 Загальна хімічна технологія: Навчально-методичний комплекс.—К.: НАУ, 2007.-286 с.

Комплекс укладений відповідно до навчальної програми з курсу, яка наведена в комплексі. В навчально-методичному комплексі викладені теоретичні основи загальної хімічної технології, а також лабораторний практикум з цієї дисципліни в об’ємі, який передбачений програмою для студентів ІЗДН. Кожна лабораторна робота включає теоретичні відомості, експериментальну частину, правила техніки безпеки та питання для контролю знань. Для виконання контрольних і курсових робіт студентами наведені їх варіанти і методичні вказівки до їх виконання.

Призначений для студентів ІЗДН спеціальності 6.091600 ”Хімічна технологія та інженерія”

УДК 66.0 (076.5)

ББК Л 10 47

С.В.Іванов, П.С.Борсук, Н.М.Манчук 2007

Зміст 3

Передмова 7

ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ХІМІЧНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ

ВСТУП 10

1. ОСНОВИ ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ 16

1.1 Хіміко-технологічний процес і його зміст 16

1.2. Класифікація хімічних реакцій, які покладені в основу промислових хіміко-технологічних процесів. 19

1.3. Технологічні критерії ефективності хіміко- техноло-

гічного процесу. 21

2. Структура хімічного виробництва 32

3. ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНІ СИСТЕМИ (ХТС) 36

3.1. Поняття хіміко-технологічної системи 36

3.2. Моделі хіміко-технологічних систем 37

3.3. Технологічні зв'язки в ХТС 42

4. ПОНЯТТЯ ПРО СИНТЕЗ ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СИСТЕМИ (ХТС) 47

4.1. Texнологічні концепції створення ХТС 48

4.2 Анализ ХТС 54

4.2.1 Задачі аналізу ХТС 54

5. Матеріальні і теплові баланси хіміко-технологічних

систем 55

5.1 Баланс співвідношень 56

5.1.2 Приклади розрахунку балансів 59

5.2 Основні поняття ексергетичного аналізу ХТС 62

6. Термодинамічні розрахунки хіміко-технологічних

процесів 64

6.1 Рівновага хімічних реакцій 65

6.2 Константа рівноваги й енергія Гіббса. Рівняння

ізотерми Вант-Гоффа 68

6.3 Хімічна рівновага в гетерогенних реакціях 71

7 Вибір технологічних режимів проведення ХТП 72

7.1 Способи зміщення рівноваги 72

7.2 Залежність константи рівноваги від температури 75

7.3. Розрахунок рівноваги за термодинамічними даними 76

7.4 Визначення складу реакційної суміші за хімічної

рівноваги 77

8 Використання законів хімічної кінетики при виборі

технологічного режиму 79

8. 1 Швидкість гомогенних хімічних реакцій 79

8.2 Залежність швидкості хімічних реакцій від концентрації реагентів; кінетичні рівняння 81

8.3 Способи зміни швидкості простих і складних реакцій 85

9 Кінетика хіміко-технологічних процесів 91

9.1. Вплив різних чинників на швидкість хімічних

процесів, які перебігають на мікрорівні 91

9.2 Кінетика ХТП, що ґрунтується на оборотних ХТП 94

9.3 Швидкість ХТП, що ґрунтується на паралельних

та послідовних гомогенних реакціях. 97

9.3.1 Селективність для паралельних реакцій 97

9.3.2 Вплив технологічних параметрів на швидкість

гомогенних процесів 98

9.3.3 Методи інтенсифікації гомогенних процесів 103

9.4 Кінетика гетерогенних некаталітичних процесів 107

9.4.1 Гетерогенні процеси 107

9.4.2 Швидкість гетерогенних процесів 108

9.4.3 Коефіцієнт швидкості процесу 108

9.4.4 Визначення лімітуючої стадії гетерогенного процесу 111

9.4.5 Способи збільшення швидкості процесу 113

9.5 Типи реакторів для гетерогенних процесів 115

9.5.1 Реактори для проведення реакцій в системах г-т і р-т 117

9.5.2 Реактори для проведення реакцій в

системах г—р і р—р 119

10 Каталітичні процеси 122

10.1 Сутність і види каталізу 122

10.2 Технологічні характеристики каталізаторів.

Активність каталізаторів 124

10.3 Гомогенний і гетерогенний каталіз 126

10.4 Властивості твердих каталізаторів і їхнє виготовлення 131

10.5 Апаратурне оформлення каталітичних процесів 131

10.5.1 Класифікація реакторів для каталітичних

процесів (контактних апаратів) 132

10.5.2 Принципи теплообміну в контактних апаратах і вузлах 133

10.5.3 Апарати зі зваженим (киплячим,

псевдокиплячим) шаром каталізатора 137

11 Хімічні реактори 138

11.1 Класифікація реакторів 138

11.2 Вимоги до хімічних реакторів 139

11.3 Структура математичної моделі хімічного реактора 139

11.4 Реактор ідеального змішування періодичний 141

11.5 Реактори безперервної дії 144

11.5.1 Реактор ідеального витіснення (РІВ) 144

11.5.2 Реактор ідеального змішування безперервний (РІЗ–Б) 146

11.5.3 Загальне проектне рівняння реактора повного

змішування 148

11.6 Каскад реакторів ідеального змішування (К-РІЗ) 149

11.7 Графічний метод розрахунку К – РІЗ 153

11.8 Вплив кінетики на вибір типу реактора 154

11.9 Селективність, вихід, ступінь перетворення 158

11.9.1 Вплив температури на селективність 159

11.9.2 Залежність селективності від ступеня перетворення 162

11.10 Хімічні реактори з неідеальною структурою потоку 164

11.11 Моделі ректорів з неідеальною структурою потоку 166

11.12 Ячеїста модель 166

12 План навчальної дисципліни 168

12.1 Тематичний план навчальної дисципліни 168

12.2 Проектування дидактичного процесу з видів 4навчальних занять 168

12.2.1 Лекції , заняття , їх зміст і обсяг 168

12.3 Лабораторні заняття, їх зміст і обсяг 173

12.4 Зміст контрольних робіт 175

12.5 Самостійна робота студентів 185

12.6. Курсова робота 191

12.6.1 Методичні рекомендації до виконання

курсових робіт 193

12.6.1.1 Загальні положення 193

12.6.1.2 Структура розрахунково-пояснювальної записки 193

12.6.2 Основна частина 194

12.6.2.1 Аналіз існуючих методів виробництва продукту 194

12.6.2.2 Фізико-хімічні основи виробництва 194

12.6.2.3 Опис технологічної схеми виробництва 195

12.6.2.4 Розрахунок рівноважного ступеня перетворення 195

12.6.3 Матеріальний баланс виробництва 195

12.6.4 Тепловий (енергетичний) баланс виробництва 196

12.6.5 Обґрунтування типу реактора та його розрахунок 196

12.6.6 Оцінка екологічності виробництва 197

12.6.7 Оформлення курсової роботи 199

13 Розрахунки рівноважного ступеня перетворення і складу реакційної суміші оборотних реакцій 199

13.1 Методика розрахунку рівноваги 201

13.2 Програма обчислення рівноважного ступеня

перетворення на ЕОМ 204

14 Матеріальний баланс хіміко-технологічних процесів 265

15 Теплові розрахунки хімічних реакторів 208

16 Завдання для курсових робіт 213

16.1 Завдання 1. Одержання SO₂ у виробництві

сульфатної кислоти 214

16.2 Завдання 2. Стадія контактного окиснення SO₂ в SO₃

у виробництві сульфатної кислоти 214

16.3 Завдання 3. Стадія одержання технологічного газу

в виробництві NH₃ 214

16.4 Завдання 4. Виробництво технологічного газу 214

16.5 Завдання 5. Синтез аміаку 216

16.6 Завдання 6. Стадія конверсії NH₃ у виробництві

нітратної кислоти 216

16.7 Завдання 7. Стадія окиснення NO до NO₂ у

виробництві нітратної кислоти 216

16.8 Завдання 8. Виробництво простого суперфосфату 217

16.9 Завдання 9. Виробництво дигідратної ЕФК 217

16.10 Завдання 10. Виробництво карбаміду 219

16.11 Завдання 11. Коксування кам’яного вугілля 221

16.12. Завдання 12. Виробництво метанолу 222

16.13 Завдання 13. Синтез етанолу 223

17. Керівництво до лабораторних робіт з дисципліни

“Загальна хімічна технологія” 226

17.1 Виробництво гідроксиду натрію каустицікацією

содового розчину 228

17.2 Нейтралізація стічних вод 240

17.3 Аналіз твердого палива 246

17.4 Флотаційне збагачення кам’яного вугілля 258

17.5 Коксування вугілля 266

Список літератури 279

Додаток 1-Зразок титульного аркушу пояснювальної

записки 283

Додаток 2 Зразок завдання на виконання курсової

роботи 284

Додаток 3 Зразок реферата 285