- •Введение
- •Основные закономерности химико-технологического процесса.
- •Основные технологические понятия.
- •Технологическая схема.
- •Равновесие в химико-технологическом процессе.
- •Скорость химико-технологических процессов.
- •Кинетика гетерогенных химических реакций.
- •1. Теоретические основы составления балансов хтп.
- •1.1. Классификация хтс:
- •О тсюда
- •1.5. Общие принципы составления материальтного и теплового баланса.
- •1.6. Классификация систем по виду уравнения Данкелера.
- •1 .7. Использование уравнения Дамкелера для составления математической модели хтп.
- •1.8. Совместимость понятий при рассмотрении хтп.
- •2. Катализ в химической технологии.
- •2.2. Гомогеный катализ и его скорость.
- •Способы осуществления экзотермической каталитической реакции по линии оптимальных температур.
- •Химические реакторы.
- •Основные требования к промышленным реакторам.
- •Технологическая классификация.
- •Математические модели основных типов химических реакторов.
- •Реактор периодического действия (рпд).
- •Реакторы непрерывного действия.
- •С с равнение трёх типов реакторов.
- •Каскад реакторов идеального смешения.
- •4. Реальные химические реакторы.
- •4.1.Масштабирование реальных химических реакторов.
- •4.2.Типовые конструкции химических реакторов.
- •4.3.Реакторы для проведения гомогенных реакций в жидкой фазе.
- •4.4.Реакторы для проведения реакций в системе газ/жидкость.
- •4.5.Реакторы для проведения реакций в системе газ/твёрдая фаза.
- •4.6.Реакторы для проведения газовых реакций.
- •4.7.Промышленные печи.
- •5.Сырьё, вода и энергия в химической промышленности.
- •5.1.Сырьё.
- •5.2.Вода.
- •6.Технология серной кислоты.
- •6.1.Нитрозный способ образования серной кислоты.
- •6.2.Контактный метод получения серной кислоты.
- •6.3.Метод двойного контактирования.
1. Теоретические основы составления балансов хтп.
Материальные и тепловой балансы используют для расчёта ХТП.
В зависимости от типа ХТС способы составления балансов различаются.
Общим является то, что они описаны на законах сохранения (массы, энергии, импульса).
1.1. Классификация хтс:
-
Закрыты и открытые (поточные);
-
Периодические и непрерывные;
-
Стационарные (постоянные во времени) и нестационарные;
-
Гомогенные и гетерогенные.
Причины необходимости составления балансов:
-
Для анализа работы отдельных аппаратов, отдельных стадий и всей технологической схемы в целом;
-
Для проектирования аппаратов, реакторов и новых производств;
-
Для расчёта основных технологических показателей (расходные коэффициенты по сырью, пару, материалу, воде, энергии, выход продукта, степень превращения).
1.2. Законы сохранения в закрытой системе означают, что сумма масс, энергии и импульса внутри системы остаются неизменными, независимо от того, какие процессы внутри неё происходят, т.е. отсутствует обмен веществом, энергией и импульсом системы с окружающей средой.
Закон сохранения массы.
-
Для системы в которой нет ХР.
-
В системе одна фаза и несколько компонентов.
С умма масс компонентов равна массе системы.
-
Система имеет 1 компонент, несколько фаз.
С умма масс фаз равна массе системы.
-
С истема имеет несколько фаз и несколько компонентов.
x 1, y1, z1 - концентрация, доля компонента в фазе.
Масса системы равна сумме масс всех фаз.
-
Закрытая система в которой протекает ХР.
Е сли в системе осуществляется ХР, то закону сохранения подчиняются не компоненты, а химические элементы.
г де i – стехиометрические коэффициенты.
Закон сохранения энергии в закрытой системе.
В нутренняя энергия изолированной системы постоянная.
Для закрытой системы энтальпия постоянна.
Законы сохранения в открытых (поточных) системах.
Все системы в которых осуществляются ХТП - поточные.
Покоящаяся (закрытая) система - частный, идеальные случай поточной.
1 .3. Поток - пространственное премещение какой - либо величины()во времени. С учётом стационарности (нестационарности) его величину можно записать:
Обычно оперируют удельной величиной - плотностью потока - векторная величина направление которого совпадает с направлением движения потока, а величина равна значению величины потока, протекающего через еденичное сечение.
В иды потоков.
В технологии любую систему, например, химический реактор, можно однозначно охарактеризовать четырьмя видами потоков: массы, компонента, энтальпии, импульса.
П оток компонента - частный случай потока массы.
П оток энтальпии - энергетическая характеристика системы, переходящее в единицу времени количество энтальпии, отнесённое к единице массы вещества.
П оток импульса (количество движения) - характеризуется значением переходящего в единицу времени импульса.
Каждый из выше перечисленных потоков имеет несколько характеристик: конвективная составляющая потока, диффузионная (основная), переходящий поток и источник или сток.
К онвективный поток - некоторая однозначно характеризуемая обобщённой плотностью (Г) множество частиц, какой - либо силы из одного места пространства в другое.
К онвективный |
Диффузионный |
Переходящий поток |
О сновной (диффузионный) поток (в чистом виде только внутри твёрдого тела).П лотность диффузионного потока пропорциональна градиенту (С/x) величины на участке диффузии.
Переходящий поток.
Зависимости, выведенные для основного и конвективного потоков, действительны только в дограничной поверхности. В этих пределах функция изменения (концентрации и плотности) неразрывна. Явная форма зависимости, описывающей поток на межфазной поверхности не может быть записана с помощью непрерывной функции, поэтому для описания потока между фазами пользуются эмпирическими формулами. Опыт показывает, что поток между фазами пропорционален площади контакта фаз и разности соответственно концентраций, температур или скоростей внутренней фазы.
Источник или сток.
В определённых точках пространства могут существовать источники или стоки, вносящие изменения в систему. В случае потока компонентов могут появляться новые компоненты и исчезнуть исходные реагенты.
Gm - количество вещества, образующееся (израсходованное) в ходе ХР.
G
для
потоков
iR компонента
iRH энтальпии
-grad импульса
в случае поточных систем законы сохранения представляются в виде уравнений неразрывности потока.
Поток массы.
П о оси х.
П о оси y и z также
С огласно законам сохранения сумма накопления или убыли вещества, движущегося в трёх направлениях должно быть равна убыли или накоплению в единице объёма в момент времени.
Д ивергенция плотности потока равна местным изменениям в единице времени.
В
Уравнения
Дамкеллера для потоков.
О ни представляют собой общие уравнения сохранения для поточных систем.
1.4. Рассмотрим поточную систему в которой отсутствует ХР (на примере потока массы).предположим, что в системе поток вещества движется только по оси х. Система гомогенна и скорость соответствует турбулентному режиму.
т.к. турбулентный режим;
т.к. гомогенная система;
т.к. ХР отсутствует;
т.к. стационарное движение потока, т.е. во времени не изменяется.