Министерство образования и науки украины

Одесский национальный политехнический университет

Химико-технологический факультет кафедра органических и фармацевтических технологий

По курсу “Общая химическая технология”

для студентов химико-технологического факультета

специальности 8.110204 - " Технология фармацевтических препаратов"

8.091.601 - «Технология органических веществ»

Одесса 2007 г.

Методические указания к практическим занятиям по курсу “Общая химическая технология”для студентов химико-технологического факультета специальности 7.110204- " Технология фармацевтических препаратов" 8.091.601 - «Технология органических веществ» / Составитель: В.В.Лялин. - Одесса: ОНПУ. 2007. - с .

Составитель: к.х.н., доц. Лялин Виктор Васильевич

Ответственный за выпуск д.х.н., проф. Куншенко Б.В.

Утверждено методической комиссией химико-технологического факультета ОНПУ.

Содержание

Стр.

1. Материальные балансы 3

Израсходовано и получено 4

Степень превращения 7

Равновесие в технологических процессах 10

2. Расчеты химических реакторов 11

Расчет химических реакторов без учета влияния температуры 12

А. Расчет реакторов при проведении простых реакций 15

Б. Расчет ректоров при проведении сложных реакций 24

Приложение А 29

Рекомендованная литература. 34

1. Материальные балансы

Химико-технологические расчеты составляют главную, наиболее трудоемкую часть проекта любого химического производства, они же являются завершающей стадией лабораторного технологического исследования и выполняются также при обследовании работающих цехов и установок. Целью этих расчетов может быть определение кинетических констант и оптимальных параметров производства или же вычисление реакционных объемов и основных размеров химических реакторов.

Материальные и тепловые расчеты являются основой технологических расчетов. К ним следует отнести определение выхода основного и побочных продуктов, расходных коэффициентов по сырью, производственных потерь. Только определив материальные потоки, можно произвести необходимые конструктивные расчеты производственного оборудования и коммуникаций, оценить экономическую эффективность и целесообразность процесса. Составление материального баланса необходимо как при проектировании новых производств используется опыт существующих с учетом результатов современных новейших исследований. На основе сравнительного технико-экономического анализа действующих производств, возможно выбрать наиболее рациональную технологическую схему, оптимальные конструкции аппаратов и условия осуществления процесса.

Материальный баланс может быть представлен уравнением, левую часть которого составляет масса всех видов сырья и материалов, поступающих на переработку G, а правую – масса получаемых продуктов G’ плюс производственные потери G_пот.

(1.1)

Балансы ХТС передают законы сохранения массы - материальные балансы и энергии - энергетические балансы, в частности тепловые балансы. Балансы ХТС складываются, как правило для стационарных процессов или для ХТС в целом, или для отдельных элементов или групп элементов . В последних случаях из схемы “вырезается” элемент или совокупность элементов (рис. 1)

Рис 1. К порядку расчета ХТС

Выделено: І- один элемент; ІІ – группа элементов; ІІІ – ХТС в целом.

Таблица 1. Материальный баланс

G₁, G₂ ,G₃ – массы исходных веществ; G₄ ,G₅ ,G₆ – массы целевого, побочного продуктов и отходов соответственно.

Приход				Расход
Исходное вещество	кг	м3	%	продукт	кг	м3	%
G1 G2 G3				G4 G5 G6
Всего				Всего

Для всех производств в начале изложения технологического процесса по каждой стадии в таблице 3 приводят сведения о видах и количестве (массе, объема, кг/молях, штуках) используемых и получаемых в производстве сырья, полуфабрикатов, материалов, отходов, потерь и готового продукта. Таблица 3 нумеруется в зависимости от номера стадии:3.1, 3.2, 3.3 и т.д. Стадии по ходу технологического процесса имеют сквозную нумерацию, независимо от их индекса: «ВР», «ТП», «УМО» и др.

Таблица 2.. Количество израсходованной и полученной продукции на стадии

Наименование	Содержание основного вещества % масс.	Израсходовано и получено
		масса				Объем, дм3		Коли- чество штук
		кг		кг основного вещества	кг/моль
1	2	3	4		5	6	7

1– израсходовано на стадии :

Полупродуктов:

Сырья:

Материалов:

ИТОГО:

2– получено на стадии: :

Полупродуктов:

(на конечной стадии-

готовых продуктов)

Отходов, в том числе:

Потерь, в том числе:

ИТОГО:

Примечание:

1. Суммировать количество различных наименований продукции можно, если они имеют одинаковые единицы измерения.

2. Ниже наименований отходов и потерь указывают содержащиеся в них сырье, материалы и полупродукты. При наличии в отходах и потерях большого числа ингредиентов допускается не перечислять их, а привести только их суммарное количество.

Пример 1

В реактор для гидратации ацетилена в ацетальдегид производительностью 1 т/час ацетальдегида вводят ацетилен, который содержит 2 %

инертных примесей.Ацетилен в реакторе гидратируется на 40%, а непрореагировавший ацетилен после отделения от ацетальдегида возвращают назад. Определите выход ацетальдегида , если для поддерживания

концентрации инертных примесей на уровне 25 % часть газа выбрасывается в атмосферу.

Решение

CH ≡ CH + H₂O → CH₃COH

М.м. М.м. М.м.

26 18 44

Производительность реактора 1т/час =1000кг/44 = 22,72кг моль/ч.

Обозначим количество введенного свежего газа через А, количество полученного ацетальальдегида R и выведенного из кругооборота газа ( сдувка ) - С. В таком случае молярный баланс всех веществ будет следующим:

N_A= N_R+ N_Cили N_C= N_A- N_R

В этом уравнении два неизвестных, поэтому нужное еще одно уравнение.

Баланс по ацетилену:

0,98N_A= N_R+ 0,75N_C

Баланс по инертным примесям:

0,02N_A = 0,25 N_C

Получаем систему уравнений:

N_A= N_R+ N_C

0,02N_A = 0,25 N_C

Откуда N_A= 22,72 + N_C, N_C= 1,976

Выход ацетальдегида Ф =

Пример 2

Аммиачная установка производительностью 1000 т/сут делает на синтез- газе который вместит 1% инертных примесей.

Которой должна быть сдувка, чтобы содержимое инертных смесей, в газе который циркулирует, не превосходил 20%.

N₂+ 3H₂= 2NH₃

г.г. г.г. г.г.

28 2 17

Решение

Производительность реактора 1000т/пор =1000кг ּ10³/17 = 58,82ּ10³кмоль/доб.

Визначим количество введенного свежего газа через А, количество полученного аммиака R и выведенного из кругооборота газа ( сдувка ) - С. В таком случае молярный баланс всех веществ будет следующим:

N_A= 2N_R+ N_Cили N_C= N_A- 2N_R

В этом уравнении два неизвестных, поэтому нужное еще одно уравнение.

Баланс по азото-водородной смеси:

0,99N_A= 2N_R+ 0,2N_C

Баланс по инертным примесям:

0,01N_A = 0,2N_C

Получаем систему уравнений:

N_A= 2N_R+ N_C

0,01N_A = 0,2 N_C

Откуда N_A= 2ּ58,82 ּ10³+ N_C,

N_C = 6,192 ּ10³ кмоль/доб = 22,4 ּ6,192 ּ10³ = 138,7 ּ10³ м³/доб