- •Содержание
- •1. Введение.
- •1.1 Общие закономерности химических процессов. Классификация процессов общей химико-технологических процессов
- •Требования к химическим производствам
- •Компоненты химического производства
- •Разделение на две твердые фазы:
- •Разделение жидкости и твердого вещества:
- •1.2 Промышленный катализ
- •Основные положения теории катализа.
- •1.3. Сырьевая база химической промышленности.
- •Классификация сырья
- •Характеристика минерального сырья
- •Химическое сырье
- •Растительное и животное сырье
- •Характеристика разработок минерального сырья
- •Качество сырья и методы его обработки
- •Способы сортировки:
- •Способы обогащения:
- •Сырьевая база химических производств
- •1.4 Энергетическая база химических производств
- •1.5 Критерии оценки эффективности производства
- •1.5.1. Интегральные уравнения баланса материальных потоков в технологических процессах. Понятие о расходных коэффициентах. Относительный выход продукта
- •1.5.2. Балансы производства
- •1. Материальный баланс
- •2. Энергетический (тепловой) баланс
- •3. Экономический баланс
- •1.5.3. Технологические параметры химико-технологических процессов.
- •1.6.Принципы создания ресурсосберегающих технологий
- •2. Теоретические основы химической технологии
- •2.1. Энергия в химическом производстве. Тепловой эффект реакции в технологических расчетах. Направленность реакции в технологических расчетах
- •2.2 Массообменные процессы. Основные принципы массообменных процессов. Моделирование процессов теплообмена.
- •Молекулярная диффузия. Первый закон Фика
- •Турбулентная диффузия
- •Уравнение массоотдачи
- •Уравнение массопередачи
- •Связь коэффициента массопередачи и коэффициентов массоотдачи (или уравнение аддитивности фазовых сопротивлений)
- •Подобие массобменных процессов
- •3. Химическое производство как сложная система. Иерархическая организация процессов в химическом производстве
- •3.1. Химико-технологические системы (хтс). Элементы хтс. Структура и описание хтс. Методология исследования хтс, синтез и анализ хтс.
- •Методология исследование химико-технологических систем.
- •3.2. Сырьевая и энергетическая подсистема хтс
- •1. Классификация химических реакторов по гидродинамической обстановке.
- •2. Классификация химических реакторов по условиям теплообмена.
- •3. Классификация химических реакторов по фазовому составу реакционной массы.
- •4. Классификация по способу организации процесса.
- •5. Классификация по характеру изменения параметров процесса во времени.
- •6. Классификация по конструктивным характеристикам.
- •3.4. Промышленные химические реакторы. Реакторы для гомогенных процессов, гетерогенных процессов с твердой фазой, гетерогенно-каталитических процессов, гетерофазных процессов.
- •Реакторы для гетерогенных процессов с твердой фазой.
- •Реакторы для гетерогенно-каталитических процессов.
- •4. Основные математические модели процессов в химических реакторах
- •4.1. Идеальные химические реакторы. Непрерывный реактор идеального вытеснения. Непрерывный реактор идеального смешения
- •4.2. Сравнение эффективности проточных реакторов идеального смешения и идеального вытеснения. Обоснование использования каскада реакторов.
- •Каскад реакторов смешения.
- •Влияние степени конверсии.
- •Влияние температуры.
- •5. Применение кинетических моделей для выбора и оптимизации условий проведения процессов
- •5.1. Экономические критерии оптимизации и их применение для оптимизации реакционных узлов.
- •Оптимальные концентрации инициатора и температуры в радикально-цепных реакциях
- •Оптимизация степени конверсии.
- •7. Важнейшие промышленные химические производства
- •7.1 Проблема фиксации атмосферного азота. Синтез аммиака, Физико-химические основы производства и обоснование выбора параметров и типа реакционного узла. Технологическая схема процесса.
- •Синтез аммиака
- •Сырье для синтеза аммиака.
- •Технология процесса.
- •Основные направления в развитии производства аммиака.
- •7.2. Получение азотной кислоты. Физико-химические основы химических стадий процесса, обоснование выбора параметров и типа реакторов. Технологическая схема процесса.
- •Физико-химические основы процесса.
- •Контактное окисление аммиака.
- •Обоснование роли параметров и их выбор.
- •Окисление оксида азота (II) до диоксида.
- •Абсорбция диоксида азота.
- •Технология процесса.
- •7.3. Производство минеральных удобрений. Классификация минеральных удобрений
- •Классификация минеральных удобрений.
- •7.3.1. Азотные удобрения. Физико-химические основы производства нитрата аммония. Устройство реакционного узла. Теоретические основы процесса и его технологическое оформление
- •Производство нитрата аммония.
- •7.3.2. Производство фосфорной кислоты. Физико-химические основы процесса. Технологическая схема
- •Функциональная схема производства эфк.
- •Сернокислотное разложение апатита.
- •7.3.3. Фосфорные удобрения. Физико-химические основы процессов их производства. Типы реакционных узлов.
- •Производство простого суперфосфата.
- •Производство двойного суперфосфата
- •Азотнокислое разложение фосфатов. Получение сложных удобрений
- •Обжиг серосодержащего сырья.
- •Обоснование роли параметров и их выбор.
- •Сжигание серы.
- •Окисление диоксида серы.
- •Обоснование роли параметров и их выбор.
- •Технология контактного окисления so2.
- •Абсорбция триоксида серы.
- •Перспективы развития сернокислотных производств.
- •7.5. Электрохимические производства. Теоретические основы электролиза водных растворов и расплавленных сред. Технология электролиза раствора хлорида натрия.
- •Основные направления применения электрохимических производств
- •Электролиз раствора хлорида натрия
- •Электролиз раствора NaCl с твердым катодом и фильтрующей диафрагмой
- •Электролиз раствора хлорида натрия с ртутным катодом
- •7.6. Промышленный органический синтез
- •Первичная переработка нефти.
- •Каталитический риформинг углеводородов.
- •7.6.2. Производство этилбензола и диэтилбензола. Теоретические основы процесса и обоснование выбора условий процесса. Технология процесса
- •7.6.3. Синтезы на основе оксида углерода. Производство метанола. Теоретические основы процесса.
- •Окисление изопропилбензола (кумола)
- •Технологическая схема получения фенола и ацетона кумольным способом.
- •7.6.5. Биохимические производства. Особенности процессов биотехнологии.
- •7.6.5.1. Производство уксусной кислоты микробиологическим синтезом
- •7.6.5.2. Производство пищевых белков
- •8. Химико-технологические методы защиты окружающей среды
- •8.1. Утилизация и обезвреживание твердых отходов
- •8.2. Утилизация и обезвреживание жидких отходов
- •8.3. Обезвреживание газообразных отходов
4. Классификация по способу организации процесса.
По способу организации процесса (способу подачи реагентов и отвода продуктов) реакторы подразделяют на периодические, непрерывные и полунепрерывные (поулпериодические).
В реакторе периодического действия все реагенты вводят в реактор до начала реакции, смесь выдерживают в реакторе необходимое время, после чего производится выгрузка продуктов. Продолжительность операции от момента загрузки до момента выгрузки соответствует времени реакции. Обычно параметры технологического процесса в периодическом реакторе изменяются во времени. Недостатки периодических реакторов – цикличность работы, низкая производительность, большие затраты ручного труда. Такие реакторы выгодны при организации малотоннажных производств, т.к. в ходе операции можно строго следить за параметрами, поддерживая их на оптимальном уровне.
В реакторе непрерывного действия (проточном) производится непрерывная подача реагентов в реакционную зону и непрерывный отвод продуктов. Эти реакторы обеспечивают высокую производительность и их применение особенно выгодно при организации крупнотоннажных производств.
Реактор полунепрерывного (полупериодического) действия характеризуется тем, что один из реагентов поступает в него непрерывно, а другой – периодически. Возможны варианты, когда реагенты поступают в реактор периодически, а продукты реакции выводятся непрерывно, или наоборот.
5. Классификация по характеру изменения параметров процесса во времени.
Согласно этой классификации различают реакторы, работающие в стационарном и нестационарном режиме.
Режим работы реактора называют стационарным, если протекание химической реакции в произвольно выбранной точке реактора характеризуется постоянством концентраций реагентов и продуктов, скорости и других показателей во времени. В стационарном режиме показатели потока на выходе из реактора не зависят от времени. Это постоянство показателей определяется двумя факторами: стационарностью режима и постоянством состава параметров потока на входе в реактор.
Если в произвольно выбранной точке происходит изменение параметров химического процесса во времени, режим работы реактора называется нестационарным.
Стационарный режим обычно выдерживается в непрерывно действующих проточных реакторах. Но даже эти реакторы работают в нестационарном режиме в период пуска и установки. В ряде случаев имеет место дрейф показателей непрерывных процессов, например, когда катализатор во времени меняет свою активность.
Нестационарными являются все периодические процессы. Это можно проиллюстрировать рядом примеров. Так, если в реактор единовременно загрузить реагенты А и В, а затем выдерживать реакционную массу во времени, то в связи с расходом А и В и накоплением продуктов реакции во времени их концентрация будет меняться по мере проведения процесса.
В другом варианте к загруженному единовременно реагенту А добавляется равномерно во времени другой реагент В. В этом случае А будет расходоваться во времени и его концентрация будет снижаться. Концентрация В будет постоянной, поскольку расход его в реакции будет компенсироваться прибылью его новых порций за счет подачи. В то же время количество продуктов реакции будет нарастать во времени.
Нестационарные реакторы характеризуются положительным или отрицательным накоплением вещества или энергии в реакторе, например, для периодических ректоров характерно положительное накопление продуктов и отрицательное накопление (убыль) реагентов. При протекании в таком реакторе экзотермической реакции в отсутствие теплообмена с окружающей средой будет иметь место накопление тепла, что приведет к росту температуры.
Стационарные проточные реакторы проще для моделирования, т.к. их работа описывается более простыми уравнениями. Например, скорость реакции в проточных реакторах смешения характеризуется алгебраическими уравнениями. Стационарные процессы легче автоматизировать.
Нестационарность процесса в реакторе вносит определенное усложнение в описание реактора и в управление его работой, однако во многих случаях нестационарные режимы технологических процессов, протекающих в химических реакторах, легче приблизить к оптимальным.