Лекции по ОХТ.

Лекция №1 Введение

Химическая технология – это наука об экономически и экологически обоснованных методах переработки сырья в средства производства и предметы потребления.

Химическая технология состоит из двух основных блоков:

1. Изучение теоретических основ протекания химико-технологических процессов на молекулярно-кинетическом уровне. Этот блок включает изучение законов термодинамики и кинетики.

2. Теоретические основы функционирования химического реактора.

Первое приближение к физхимии, второе к процессам и аппаратам.

Основная задача нашего курса: получение навыков и решения двух задач:

1. Задача проектирования химического реактора.

Суть задачи: при известных значениях управляющих параметров необходимо рассчитать объем реактора, который обеспечивает требуемые показатели интенсивности работы реактора.

2. Задача моделирования реактора.

Суть задачи: при известном объеме реактора исследуется влияние управляющих параметров на величину показателей интенсивности работы реактора.

Любой химко-технологический процесс состоит как минимум из 3 стадий:

1 стадия – подвод реагентов к поверхности контакта (раздела) фаз или в объем другой фазы.

2 стадия – непосредственное химическое превращение.

3 стадия – отвод продуктов от поверхности раздела фаз или из объема другой фазы.

Каждая из стадий протекает со своей скоростью, но определяющей является стадия, протекающая с наименьшей скоростью, и все остальные стадии подстраиваются под самую медленную. Соответственно, стадия процесса, обладающая наименьшей скоростью, называется лимитирующей стадией.

Если скорость первой или третей стадии меньше, чем скорость второй, то процесс протекает в диффузионной области и в качестве управляющих выступают макрокинетические параметры, к которым относятся:

1)линейная скорость подачи реагентов.

2)степень перемешивания реагентов.

3)размеров единичных элементов, принимаемых участие в процессы

- Закон Фика

где U – скорость диффузии; D – скорость диффузии, так он зависит от температуры, температура будет влиять слабо (если E мала), z – концентрация компонента.

Независимо от того, какая реакция, скорость будет пропорциональна концентрации в первой степени.

Если скорость второй стали меньше, чем скорость первой и третей стали, то процесс протекает в кинетической области и управляющими являются микрокинетические параметры: температура, давление, концентрация участников процесса.

Температура влияет в соответствии с уравнением Аррениуса:

где E_А - энергия активации реакции ,[Дж/моль]; R=8,31 Дж/моль∙К

Энергия активации – минимальный избыток энергии, который необходимо сообщить реагирующей системе, чтобы произошел элементарный акт химической реакции

где Т – температура в абсолютной шкале Кельвин.

k₀ – предэкспоненциальный множитель.

Давление

Концентрации

Рассмотрим реакцию: aA + bB = cC +dD

Реакция является формально простой, т.е. химическая реакция протекает в один этап.

U=k[A]^a [B]^b

где a, b - степени молекулярности по компоненту.

Концентрация – отношение конкретного количества вещества к суммарному количеству вещества.

Мольная доля – отношение числа молей компонента к суммарному числу молей компонентов в смеси.

Моль – количество вещества, содержащее такое же число структурных единиц, которые содержатся в 12 г изотопа С¹².

Объемная доля – отношение объема данного вещества к суммарному объему вещества. Величина используется в основном для газов. Обычно используется в системах жидкость – жидкости газофазных процессах.

Массовая доля – отношение массы компонента к суммарной массе. Обычно используется для процессов с участием твердой фазы, технически реализовать проще.

Для газов объемные и массовые доли совпадают.