Загальна хімічна технологія

1. Основні показники хіміко-технологічного процесу

Технологічний процес складається з ряду фізичних та хімічних явищ.

Основними показниками ефективності хіміко-технологічного процесу є:

- Продуктивність;

- Коефіцієнт витрат;

- Ступінь перетворення;

- Вихід продукту;

- Селективність.

Продуктивність (П) – кількість виробляємого продукту, або перероблюючої сировини (В) в одиницю часу (τ).

П=В/τ

Потужність – максимально можлива продуктивність

Коефіцієнт витрат – витрата сировини (Q), води, енергії та інших реагентів, віднесених до одиниці цільового продукту (B)

β=Q/B

Cтупінь перетворення – відношення кількості реагенту, вступившего в реакцію до його вихідної кількості

Вихід продукту (Ф)– відношення кількості отриманого цільового продукту (N_практ) до його кількості, яке повинно бути отримано по стехіометричному рівнянню (N_теор)

Ф=N_практ/N_теор

Селективність – відношення кількості цільового продукту до загальної кількості отриманих продуктів.

А → R

A → S ψ=R/(NR+NS+N_{примесей})

1. Хімічна рівновага в хіміко-технологічних процесах. Константа хімічної рівноваги. Принцип Ле-Шательє

Всі зворотні процеси прямують до стану рівноваги, при якій швидкості прямого та зворотнього процесу урівнюються, в результаті чого співвідношення компонентів у взаємодіючих системах залишається незмінним до тих пір, поки не зміняться умови проходження процесу.

Константа хімічної рівноваги (К) – постійна величина, яка при постійній температурі і наявності рівноваги являє собою відношення добутку діючих мас продуктів реакції к добутку діючих мас вихідних речовин.

При розрахунку К можна приймати парціальні тиски компонентів р_і, концентрації С_і, або число молей N_i. Відповідно отримують К_р, К_с, К_N. Розглянемо вираження констант рівноваги на прикладі реакції синтезу: аА+вВ еЕ+dD

а,в,е,d – коефіцієнти

А,В,Е,D – компоненти

Зв’язок К_р, К_с, К_N

Принцип Ле-Шательє. Якщо на систему, що знаходиться у стані рівноваги, подіяти зовнішньою силою, то рівновага буде зміщена у тому напрямку, яке зменшує дію зовнішньої сили.

1. Реактор ідеального змішення періодичної дії (РИС-П)

Для розрахунку реактора треба скласти його рівняння, яке дозволить визначити робочий час (τ) необхідний для досягнення заданого ступеня перетворення при відомій початковій концентрації та відомій кінетиці процесу.

В апарат періодичної дії реагенти завантажують на початку операції та вивантажують в кінці процесу.

;

Рівняння матеріального балансу співпадає з кінетичним рівнянням

Математичне вираження реактора ідеального змішення

Στ=τ_{хім. реакції} +τ_{вспом. проц.}

1. Реактор ідеального змішення безперервної дії (РИС-Н)

Для безперервного процесу час реакції визначається, як час перебування реагентів у системі

Час перебування ( ) – це відношення об’єму реактора (V) до швидкості об’ємної витрати ( ) = V/

РІЗ-б – це апарат, у який безперервно подаються реагенти і безперервно відбувається вихід готового продукту. При цьому відбувається непереривне перемішування реакційної маси.

Вихідний продукт змішують з реакційною сумішшю. Реакція проходить в момент вводу нового реагенту.

;

;

Перша математична модель реактора періодичної дії

1. Реактор ідеального витіснення

Являє собою трубчатий або колонний реактор в якому відношення довжини труби до її діаметра більше 20; L/D>20

Гідродинамічний режим РІВ характеризується тим, що будь-яка частина потоку рухається тільки в одному напрямку по довжині реактора, перемішування при цьому відсутнє.

Математична модель виводиться на основі матеріального балансу для елементарного об’єму реактора.

1-ше рівняння

2-ге рівняння

1. Вода в хімічній промисловості. Кількість води. Промислова водопідготовка

Вода надзвичайно широко використовується в різних виробництвах хімічної промисловості. У ряді виробництв вона є сировиною і реагентом, що безпосередньо бере участь в основних хімічних реакціях, наприклад, у виробництві водню, сірчаної і азотної кислот, лугів, в реакціях гідратації і гідролізу.

Промислова водопідготовка є комплексом операцій, що забезпечують очищення води від механічних, колоїдних і розчинених домішок.

Від механічних домішок вода звільняється відстоюванням або фільтрацією через шар піску або гравію. Видалення колоїдних домішок і освітлювання води досягається коагуляцією при додаванні коагулянтів, наприклад, сульфату алюмінію або сульфату заліза.

Зм'якшування води, тобто видалення з неї солей кальцію і магнію, здійснюється хімічними і физико-хімічними методами. Суть хімічних методів полягає в додаванні до води реагентів, що переводять іони кальцію і магнію в нерозчинні з'єднання.

Вапняний метод (додавання вапняку) використовується для усунення тимчасової жорсткості.

.

Содовий метод (додавання соди) використовується для усунення постійної жорсткості.

.

.

Вода надзвичайно широко використовується в різних виробництвах хімічної промисловості. У ряді виробництв вона є сировиною і реагентом, що безпосередньо бере участь в основних хімічних реакціях, наприклад, у виробництві водню, сірчаної і азотної кислот, лугів, в реакціях гідратації і гідролізу. У деяких виробництвах вода утворюється як побічний продукт, наприклад, при піролізі палива, спалюванні палива, окисленні аміаку і ін. У багатьох виробництвах вода використовується як розчинник. У всіх цих випадках вода застосовується безпосередньо для технологічних цілей.

На крупних хімічних підприємствах витрата води вимірюється мільйонами кубічних метрів за добу, при цьому кожне підприємство пред'являє свої вимоги до якості води, яка визначається наявністю в ній розчинених, колоїдних і механічних домішок.

Шкідливість домішок пов'язана з їх хімічним складом, дисперсним станом, а також з технологією виробництва, що використовує воду. Грубодисперсні механічні суспензії засмічують трубопроводи і апарати. Колоїдні домішки засмічують діафрагми електролізерів, викликають спінювання води і викиди води в котлах і апаратах. Розчинені солі утворюють накип на теплообмінних поверхнях, підсилюють корозію металів.

В більшості випадків основним якісним показником є жорсткість води, обумовлена присутністю у воді розчинених солей кальцію і магнію. Жорсткість води підрозділяється на тимчасову і постійну.

Тимчасова (або карбонатна) жорсткість обумовлена присутністю у воді гідрокарбонатів кальцію і магнію, які при кип'яченні води переходять в нерозчинні нормальні або основні карбонати, випадні в осад.

ТЕХНОЛОГІЧНЕ ОБЛАДНАННЯ ХІМІЧНИХ ВИРОБНИЦТВ (ТОХВ)