Слайд 1Общая химическая технология
Доцент Щетинский
Андрей Валерьевич
Слайд 2Основная литература
Мyxленoв И.П., Aвеpбyx A.Я., Tyмapкинa Е.C. и др. Общaя
xимическaя технoлoгия // Учeбн. для химикo.теxн. спец. вузов. Ч. 1:
Tеopетические oснoвы химическoй технологии. 4-e изд. -М.: Bысшая шк., 1984. -256 с.
Мyxленoв И.П., Aвеpбyx A.Я., Кyзнeцoв Д.A . и др. Общaя xимическaя технoлoгия // Учeбн. для химикo.теxн. спец. вузов. Ч. 2: Baжнейшие химические пpoизвoдствa. 4-e изд. -М.: Bысшая шк., 1984. -263c.
Aмелин A.Г., Maлaxoва А.И., Зyбoвa И.Е. и др. Общaя xимическaя технoлoгия. // пoд pед. Aмелинa A.Г., ”Химия”, 1977. -400с.
Слайд 3ТЕХНОЛОГИЯ (в переводе с греческого) - techne - искусство, ремесло,
мастерство, logos - наука о ремеслах.
Технология вообще, изучает методы и
процессы переработки сырья в предметы потребления и средства производства.
Химическая технология - это наука о методах и средствах массовой химической переработки сырья в предметы потребления и средства производства.
ВВЕДЕНИЕ
Слайд 4Развитие химической технологии как науки
ВВЕДЕНИЕ
Прослеживается три этапа:
Основа - эмпирические
знания. секреты технологии передавались от мастера к ученику, от отца
к сыну. Химическая технология была еще технической химией и имела чисто описательный характер. Производство сахара, H2S04, Na2C03 и т.п. - были основаны на опыте, почти не подкрепленном какой-либо теорией.
Слайд 5Развитие химической технологии как науки
ВВЕДЕНИЕ
2. На рубеже XIX и
XX столетий были созданы научные основы расчета химико-технологических процессов и
конструирования химической аппаратуры.
Химическая технология приобрела современные черты и стала научной базой многих отраслей промышленности, и прежде всего химической, нефтехимической, углехимической, металлургической, целлюлозно-бумажной, строительных материалов, пищевых продуктов и др.
Слайд 6Развитие химической технологии как науки
ВВЕДЕНИЕ
3. С 50-х годов XX
века химическая технология вступила в третий этап развития. Этот этап
характеризуется дальнейшим увеличением масштабов и темпов развития промышленности и расширением ее научной базы в связи с возникшей острой необходимостью создания высокопроизводительной аппаратуры и разработки проблем оптимизации и автоматизации управления не только отдельных процессов, но и больших комплексов взаимосвязанных процессов.
Слайд 7Роль инженера-химика на заводе
ВВЕДЕНИЕ
Изменилась и роль инженера химика на
химическом предприятии.
Ранее его функции сводились к непосредственному наблюдению за работой
отдельных аппаратов цеха и исправлению дефектов в их работе.
Теперь инженер химик-технолог управляет совокупностью установок на уровне цеха или завода.
Возникает необходимость овладеть научными методами, облегчающими принятие ответственных решений.
Слайд 8Проектирование современного нового процесса
ВВЕДЕНИЕ
Созданию любого производства предшествует лабораторный синтез
нового химического продукта с заданными свойствами.
Потом исследуется процесс его производства
на двух уровнях: микрокинетики и макрокинетики.
Слайд 9Проектирование современного нового процесса
ВВЕДЕНИЕ
Микрокинетика - кинетика в чистом виде,
изучает влияние тепловых и диффузионных эффектов, определяет маршруты реакций, определяет
константы скоростей и др.
Используют различные современные экспериментальные методы, в том числе - направленный многофакторный эксперимент.
Слайд 10Проектирование современного нового процесса
ВВЕДЕНИЕ
На основе многофакторного эксперимента, когда при
одновременном изменении параметров процесса находят условия максимального выгодного его протекания
– проектируют современное производства нового продукта. Для этого используют современные вычислительные методы.
Слайд 11Проектирование современного нового процесса
ВВЕДЕНИЕ
Макрокинетика - исследуется на укрупненных опытных
установках. Здесь изучается влияние на химическую кинетику условий организации потоков
реагентов и их перемешивания, тепловых и диффузионных параметров.
Слайд 12Проектирование современного нового процесса
ВВЕДЕНИЕ
Макрокинетика и ее исследование начинается с
выбора типа аппарата и его математической модели. Затем с учетом
микрокинетики и результатов специальных опытов на экспериментальной установке составляется полная математическая модель с коэффициентами уравнений и проводятся вычисления на ЭВМ.
Затем следует проверка соответствия модели и объекта с помощью специальных экспериментов (метод нанесения возмущения и получения кривой отклика системы).
Слайд 14Проектирование современного нового процесса
ВВЕДЕНИЕ
Математическое моделирование позволяет получить полное представление
о возможных вариантах течения процесса, выявить максимально выгодный режим, сформулировать
условия его удержания.
Затем следует проверка соответствия модели и объекта с помощью специальных экспериментов (метод нанесения возмущения и получения кривой отклика системы).
Слайд 15Проектирование современного нового процесса
ВВЕДЕНИЕ
Таким образом, для создания, освоения и
ведения технологического процесса инженер химик-технолог должен владеть:
методами прикладной математики,
принципами моделирования
и оптимизации,
законами макрокинетик,
принципами конструирования химической аппаратуры.
Слайд 16Предмет химической технологии
ВВЕДЕНИЕ
Каждое химическое производство состоит из нескольких технологических
стадий:
подготовка сырья,
получение целевого продукта путем химического взаимодействия исходных материалов,
выделение продукта
из реакционной смеси.
Слайд 17Предмет химической технологии
ВВЕДЕНИЕ
В основе современной классификации химико-технологических процессов находиться
идея единых кинетических закономерностей.
Она базируется на сходстве дифференциальных уравнений, описывающих
простейшие линейные процессы переноса.
Слайд 18Предмет химической технологии
ВВЕДЕНИЕ
Количество движения описывает закон Ньютона:
Где µ
- вязкость (коэффициент вязкости или внутреннего трения) и его размерность
Слайд 19Предмет химической технологии
ВВЕДЕНИЕ
Количество тепла описывает закон Фурье:
Где λ-
коэффициент теплопроводности, его размерность
Слайд 20Предмет химической технологии
ВВЕДЕНИЕ
Количество вещества описывает закон Фика:
Где D
– коэффициент диффузии, размерность
Слайд 21Предмет химической технологии
ВВЕДЕНИЕ
В результате сопоставления этих законов оказалось возможным
разделить все химико-технологические процессы на группы, кинетические закономерности которых подчиняются
общему закону: "Скорость процесса прямо пропорциональна движущей силе и обратно пропорциональна сопротивлению".
Слайд 22Предмет химической технологии
ВВЕДЕНИЕ
Химическую инженерную науку целесообразно рассматривать в трех
аспектах:
Анализ путей превращения сырья в готовый продукт. (В этом смысле
химическая технология является общей теорией способов производства).
Анализ работы типовых машин и аппаратов, которые используются в различных химических производствах.
Анализ химических производств с экономической и социальной точек зрения.
Слайд 23Предмет химической технологии
ВВЕДЕНИЕ
Все многообразие процессов химической технологии можно свести
к пяти основным группам процессов:
Группа гидродинамических процессов - это процессы
перемещения жидкостей и газов по трубопроводам и аппаратам, перемещение в жидких средах, процессы обработки неоднородных жидких и газовых систем (очистка газов от пыли, разделение суспензий и эмульсий путем отстаивания, фильтрования, центрифугирования и т.п.). Скорость этих процессов определяется законами динамики и гидродинамики.
Слайд 24Предмет химической технологии
ВВЕДЕНИЕ
Группа тепловых процессов - это процессы нагревания,
охлаждения, конденсации, выпаривания, теплообмена и т.п. Скорость процессов определяется законами
теплопередачи.
Группа диффузионных (или массообменных) - это процессы связанные с переходом веществ в различных агрегатных состояниях из одной фазы в другую. Скорость их определяется законами диффузионной кинетики (сорбция, экстракция).
Слайд 25Предмет химической технологии
ВВЕДЕНИЕ
Группа механических процессов - это процессы дробления,
измельчения, классификации, грохочения, гранулирование, транспортирования твердых материалов, и др.
Группа химических
процессов (наиболее важная и многообразная) - это процессы связанные с изменением химического состава и свойств вещества, скорость протекания которых определяется законами химической кинетики.
Слайд 26Предмет химической технологии
ВВЕДЕНИЕ
Химическая технология, изучающая все пять типов процессов,
опирается при этом на химию, физику, математику, и технические науки.
Основными
методами работы в химической технологии являются:
методы расчета процессов и аппаратов,
методы составления технологических схем и проектирования реакторов,
методы моделирования и оптимизации технологических процессов,
методы комплексного использования сырья и энергии,
методы устранения или обезвреживания отходов и т.д.
Слайд 27Предмет общей химической технологии
ВВЕДЕНИЕ
Число технологических процессов сейчас настолько велико,
что многие из разделов старой общей химической технологии как науки
обо всех химических производствах, оформились в самостоятельные научно-технические дисциплины в качестве частных специальных технологических дисциплин.
Слайд 29Предмет общей химической технологии
ВВЕДЕНИЕ
Никакое, даже самое важное химичекое производство
вместе с его технологией не может быть содержанием общей химической
технологии.
Общая химическая технология - является наукой об общих принципах создания и осуществления химико-технологического процесса, вне его принадлежности к какому-либо конкретному производству, т.е. является общей технологической дисциплиной.
Слайд 30Предмет общей химической технологии
ВВЕДЕНИЕ
ПАХТ - изучает процессы механические, гидродинамические,
тепло- и массообменные, но не изучает химические реакции, взаимоотношение микро-
и макрокинетики реакций и аппаратуру для их проведения.
ОХТ - занимается рассмотрением способов оформления химических реакций, т.е. классификация и принципы применения различных типов химических реакторов.
Слайд 31Предмет общей химической технологии
ВВЕДЕНИЕ
Цель современных технологических исследований и расчетов
состоит в обеспечении оптимальных технологических показателей производства:
минимального расхода сырья;
минимальных затрат
энергии;
минимальных капитальных затрат;
минимальной затраты на рабочую силу;
максимального выпуска продукции;
максимально высокого качество продукции;
отсутствия отходов и т.д.
Слайд 32Предмет общей химической технологии
ВВЕДЕНИЕ
Критерием оптимизации химико-технологических процессов является минимум
себестоимости продукции при обеспечении её заданного качества, гигиенических условий труда
и охраны окружающей среды.
Соединение отдельных элементов (реакторов) процесса в схему, наиболее рациональный вариант соединения, количество аппаратов, их тип и принцип действия, - являются наукой, определяющей предмет ОХТ.
ОХТ – наука об общих теоретических основах и о типовых подходах к решению химико-технологических задач.
Слайд 33Предмет общей химической технологии
ВВЕДЕНИЕ
В курсе излагаются следующие вопросы:
важнейшие понятия
и определения химической технологии,
общие методы технологических расчетов - составление материальных
и энергетических балансов,
вопросы энергетики химико-технологических процессов,
вопросы подготовки и превращения сырья, реакторы химических производств (теория, конструкция, расчет),
основные химические производства.
Слайд 34Химико-технологический процесс и его содержание
2. Основные закономерности химико-технологического процесса
Химико-технологический
процесс (ХТП) включает ряд физических, физико-химических процессов (операций) и складывается
из трех основных стадий:
Таким образом, из трех основных стадий химико-технологического процесса первая и третья стадии - подготовка сырья и выделение целевых продуктов - в большинстве случаев относятся к физическим или физико-химическим процессам; вторая стадия - к химическим.
Слайд 352. Основные закономерности химико-технологического процесса
Основные технологические понятия и определения
Производительность
- это количество выработанного продукта или перерабатываемого сырья в единицу
времени:
где П – производительность; В – количество продукта; – время.
Производительность измеряется в килограммах в час [кг/час], в тоннах в сутки [т/сут] или в кубических метрах в сутки [м3/сут] и т.д. Максимально возможная производительность называется мощностью.
Слайд 362. Основные закономерности химико-технологического процесса
Основные технологические понятия и определения
Интенсивность
- это производительность, отнесенная к какой-либо величине, характеризующей размеры аппарата,
к его объему или сечению.
где Vr- объем аппарата или ректора.
Интенсивность измеряется количеством продукта, полученного в течение единицы времени с единицы объема аппарата [кг/(ч*м3)], или с единицы сечения аппарата [т/(сут*м2)].
Слайд 372. Основные закономерности химико-технологического процесса
Основные технологические понятия и определения
В
качестве критериев оценки совершенства технологического процесса используют выходы:
А) Стехиометрические
выход - есть величина продукта, полученная в результате протекания химического процесса между исходными веществами взятыми в соответствии с химической реакцией (сбалансированной).
Слайд 382. Основные закономерности химико-технологического процесса
Основные технологические понятия и определения
Пример:
Рассмотрим принцип действия кислотного аккумулятора. Вы знаете, что электроды кислотного
аккумулятора заполнены пастой из окиси свинца PbO (не заряженное состояние). Если вы погрузите электроды в серную кислоту, то протекает реакция:
PbO + H2SO4 = PbSO4 + H2O
т.е. реакция стехиометрическая.
Слайд 392. Основные закономерности химико-технологического процесса
Основные технологические понятия и определения
Б)
Равновесные выходы.
Если вы возьмете два вещества, в частности, водород и
йод и будете осуществлять реакции между ними, то, как известно, получите соединение
Слайд 402. Основные закономерности химико-технологического процесса
Основные технологические понятия и определения
В
первоначальный период, когда концентрация HJ равна нулю, а концентрация Н2
и J2 равна исходным, то протекает реакция слева направо и скорость ее можно выразить:
Слайд 412. Основные закономерности химико-технологического процесса
Основные технологические понятия и определения
По
мере роста концентрации продуктов реакции, начинает протекать обратная реакция со
скоростью:
В некий момент скорости реакций станут равны
Такое состояние системы называется состоянием химического равновесия и характеризуется равновесным выходом.
Практический выход – это количество целевого продукта, полученного в результате протекания химической реакции при определенных условиях.
Слайд 422. Основные закономерности химико-технологического процесса
Основные технологические понятия и определения
Расходным
коэффициентом называют расход сырья, воды, энергии, реагентов, отнесенных к единице
целевого продукта:
Q – расход сырья, реагента и т.д. [т или м3],
R – целевой продукт [т].
Расходные коэффициенты выражаются в тоннах на тонну [т/т], [м3/т], киловатт-часах на тонну [(кВт*ч)/т].
Слайд 432. Основные закономерности химико-технологического процесса
Основные технологические понятия и определения
Степень
превращения – это отношение количества реагента, вступившего в реакцию, к
его исходному количеству.
Например, для простой необратимой реакции типа
A → R степень превращения выражается уравнением
где ХА - степень превращения реагента А;
NА,О; NА - количество исходного реагента А в начале и конце процесса или текущее на данный момент.
Слайд 442. Основные закономерности химико-технологического процесса
Основные технологические понятия и определения
Степень
превращения выражается в долях или %, в последнем случае
Из
уравнения следует, что количество реагента в конце процесса можно определить по выражению
