Дзержинский химический техникум имени красной армии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ

Государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

ДЗЕРЖИНСКИЙ ХИМИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ ИМЕНИ КРАСНОЙ АРМИИ

Теоретические основы

Химической технологии

Методические рекомендации

Для обучающихся заочно по специальности

Химическая технология органических веществ»

Химическая технология неорганических веществ»

Дзержинск, 2006

Теоретические основы химической технологии. Методические рекомендации и контрольные задания для обучающихся заочно.

Составитель	И.В. Власова, преподаватель Дзержинского химического техникума им. Красной Армии
Рецензент	М.М. Чуева, преподаватель Дзержинского химического техникума им. Красной Армии
Ответственный за выпуск	Л.Л. Пеньковская, зам. директора по научно-методической работе Дзержинского химического техникума им. Красной Армии
Редактор	О.Ю. Фиркина, председатель комиссии специальных дисциплин Дзержинского химического техникума им. Красной Армии

Введение

Программа учебной дисциплины «Теоретические основы химической технологии» предназначена

Для реализации государственных требований к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальностям группы химической технологии среднего профессионального образования и является единой для всех форм обучения, а также для всех видов и типов образовательных учреждений, реализующих основные профессиональные образовательные программы СПО.

Учебная дисциплина «Теоретические основы химической технологии» является общепрофессиональной, устанавливающей базовые знания для усвоения специальных дисциплин, получения профессиональных знаний и умений.

В результате изучения учебной дисциплины студент должен:

иметь представление:

- о взаимосвязи учебной дисциплины «Теоретические основы химической технологии» с другими общепрофессиональными и специальными дисциплинами;

- о роли и значении химической технологии в химическом балансе народного хозяйства;

- о прикладном характере учебной дисциплины в рамках специальности;

- о тенденциях развития химической промышленности;

- о путях снижения себестоимости и повышения качества химической продукции;

- о ресурсо- и энергосберегающих технологиях;

знать:

- основные закономерности химико-технологических процессов;

- взаимосвязь параметров химико-технологического процесса и влияние их изменения на качественные и количественные показатели конкретного процесса;

уметь:

- изображать и описывать технологическую схему;

- выполнять эскизный чертеж основного оборудования.

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. Сырье и энергетика химической промышленности

Студент должен:

знать:

- определение сырья;

- виды сырья;

- требования, предъявляемые к сырью;

- методы обогащения сырья;

- виды энергии;

- понятия о вторичных материальных ресурсах.

Тема 1.1 Сырье химической промышленности

Для производства химических продуктов используют в качестве исходных материалов сырье, полупродукты (полуфабрикаты) и отходы производства.

Сырье– природные материалы, используемые в производстве промышленных продуктов.

Полупродукты – это сырье целого ряда производств, которое подвергалось промышленной переработке.

Отходы – побочные продукты, не применяемые на данном производстве, но которые могут служить сырьем при производствах некоторых химических продуктов.

Выбор сырья во многом определяет технику и экономику производств химических продуктов.

Виды сырья

Классификация:

1. По происхождению: минеральное (добываемые из земных недр полезные ископаемые) и растительное. Минеральное подразделяется на: рудное, нерудное и горючее. Растительное – на пищевое и техническое.

Кроме минерального, растительного и животного сырьем для химической промышленности служит воздух и вода.

2. По агрегатному состоянию: твердое, жидкое и газообразное.

3. По составу: органическое и неорганическое.

4. По запасам: возобновляемое и невозобновляемое.

Принципы обогащения сырья

Для повышения производительности аппаратов, уменьшения затрат энергии, улучшения качества получаемых продуктов необходимо применять сырье в концентрированном виде, т.е. с повышенным содержанием полезного компонента, которого в природном сырье часто бывает мало. Поэтому добываемое из недр земли сырье, как правило, подвергается обогащению. Обогащение сырья на месте его добычи необходимо также для сохранения транспортных расходов на перевозку к месту переработки.

Обогащаются твердые материалы, жидкие растворы, газы, способы обогащения различны. Если обогащаются твердые материалы, то полученный продукт, обогащенный полезной составной частью, называют концентратом, а отходы, содержащие пустые породы – хвостами. Если в сырье содержится наряду с пустой породой несколько полезных составляющих, его разделяют на отдельные части (фракции), т.е. из сложного сырья получают несколько концентратов, что позволяет более полно использовать все полезные части сырья.

Методы обогащения твердых материалов основаны на различии физических и химических свойств составляющих компонентов сырья: плотности, твердости, растворимости, температуры плавления и возгонки, магнитной проницаемости, смачиваемости отдельными жидкостями.

Рассеивание (грохочение) основано на том, что минералы, входящие в состав сырья, имеют различную прочность, поэтому при дроблении менее прочные (хрупкие) минералы дробятся на более мелкие зерна, чем более прочные (вязкие). Применяемые для рассеяния сита, с различной величиной отверстий, называют грохотами. Грохочение часто производят и для разделения однородного материала на куски или зерна определенного размера.

Гравитационное разделение основано на различии скоростей падения частиц различной плотности или крупности в потоке жидкости (чаще всего в воде) – мокрое гравитационное обогащение; воздуха или инертного газа – сухое гравитационное обогащение.

Магнитная сепарация применяется для разделения магнитновосприимчивых материалов от немагнитных и для удаления стальных предметов, случайно попавших в руду, например магнитный железняк отделяется от пустой породы руды. Разделение руды осуществляется в электромагнитных сепараторах.

Флотационный метод обогащения основан на различной смачиваемости зерен отдельных минералов водой.

Жидкие растворы различных веществ концентрируют выпариванием растворителя, донасыщением раствора полезным компонентом, вымораживанием, выделением примесей в осадок или газовую фазу.

Газовые смеси разделяют на компоненты последовательной конденсацией при понижении температуры и сжатии. Этот метод основан на различии температур конденсации компонентов газовой смеси.

Контрольные вопросы

1. По каким признакам классифицируют сырьё?

2. Почему необходимо обогащать отдельные виды сырья?

3. Назовите методы обогащения сырья из твердых горных пород.

4. На чем основано гравитационное обогащение?

5. На чем основано мокрое гравитационное обогащение?

6. На чем основано сухое гравитационное обогащение?

7. На чем основано электромагнитное обогащение? Принцип работы магнитного сепаратора?

8. Объясните, на чем основан флотационный метод обогащения.

9. С какой целью применяют различные флотагенты?

Дополнительная литература

1. Общая химическая технология. Под ред.И.Э.Фурмер. М.: Высшая школа, 1997.

2. В.Е.Сороко, С.В.Вечная, Н.Н.Попова. Основы химической технологии. – Л.: Химия,1986

Виды энергии

Электрическая энергия на химических предприятиях применяется для электролиза растворов и расплавов, плавления, нагревания, синтезов при высоких температурах, работы насосов, компрессоров, внутризаводского транспорта и т.п.

Тепловая энергияв химической промышленности применяется для нагревания, плавления, выпарки и т.п.

Химическая энергия используется в гальванических элементах и аккумуляторах, где она преобразуется в энергию электрическую.

Световая энергия используется в химической промышленности для реализации фотохимических реакций синтеза хлористого водорода из элементов. На фотоэлектрических явлениях, при которых происходит превращение световой энергии в электрическую, основаны автоматический контроль и управление технологическим процессами.

Источники энергии

Химическая промышленность использует разнообразные источники энергии: уголь, нефть, горючие сланцы, природный газ. Энергетическая ценность источников энергии определяется количеством энергии, которое может быть получено при их использовании. Энергетическая ценность топлив характеризуется количеством киловатт-часов, получаемых при полном использовании теплоты сгорания 1 кг или 1 м³ топлива.

Константа равновесия

Количественно подвижное равновесие характеризуется константой равновесия К, которая равна соотношению констант скоростей прямой и обратимой реакций при равновесии, т.е. когда скорости этих реакций равны. Для реакции nA+mB pD+qF скорость прямой реакции: ; скорость обратной реакции: ,

где и - константы скоростей прямой и обратной реакции соответственно;

- концентрации веществ А, В, D, F.

В момент равновесия , ;

Тогда константа равновесия будет: .

Для газовых реакций концентрации компонентов могут быть выражены в виде парциальных давлений, тогда .

; где - парциальное давление А, В, D, F соответственно.

Константа равновесия есть величина постоянная, зависящая от температуры и не зависящая от общего давления смеси и парциальных давлений исходных компонентов. Зависимость константы равновесия от температуры при постоянном давлении выражается уравнением Вант-Гоффа.

По константе равновесия можно рассчитать равновесные состав продуктов реакции и степень превращения при различных параметрах процесса.

Контрольные вопросы

1. Из каких этапов состоит любой ХТП?
2. По каким признакам классифицируются химические реакции?
3. Какие показатели эффективности ХТП вы знаете?
4. Что означает выражение «реагенты взяты в стехиометрическом соотношении»?
5. Способы смещения равновесия (Принцип Ле-Шателье)?
6. Каким образом связаны материальный и тепловой балансы?

Дополнительная литература

1. В.Е.Сороко, С.В.Вечная, Н.Н.Попова. Основы химической технологии: Л Химия, 1986

2. А.М.Кутепов и др. Общая химическая технология. - М. Высшая школа,1990.

3. Ю.А.Москвичев и др. Теоретические основы химической технологии. – М: Академия,2005.

Классификация реакторов

1. По способу организации технологического процесса: периодического, непрерывного и полупериодического действия (особенность в том, что один из реагентов поступает в реактор непрерывно, а другой периодически)

2. По температурному режиму реакционной зоны: изотермические, адиабатические, политермические.

Изотермический температурный режим характеризуется постоянством температуры по всей длине (высоте) реакционной зоны, через которую проходит поток.

Адиабатическийтемпературный режим характеризуется изменением температуры по длине реакционной зоны вследствие тепловых эффектов процесса при отсутствии теплообмена с окружающей средой.

Политермический температурный режим характеризуется изменением температуры по длине реакционной зоны вследствие совместного влияния тепловых эффектов и теплообмена с окружающей средой.

3. По режиму движения потоков различают: реакторы идеального смешивания, идеального вытеснения, реакторы противоточного типа и комбинированного типа.

Особенности реакторов с использованием твердых катализаторов в стационарном

и во взвешенном состоянии

По способу «поддержания» твердого катализатора в реакционной зоне различают реакторы:

- со стационарным состоянием катализатора (стационарным слоем или несколькими слоями);

- с взвешенным «псевдокипящим» катализатором, причем катализатор может находиться во взвешенном состоянии как в жидком, так и в газовом потоке.

В стационарном состоянии катализатор часто располагают в один или несколько слоев на поддерживающих сетках реактора и сквозь него пропускают поток жидкости или пара.

Реакторы с взвешенным катализатором используются в крупнотоннажных производствах, в частности в процессах: каталитического крекинга; каталитического дегидрирования углеводородов. Катализатор поддерживают во взвешенном состоянии в зоне со значительной скоростью движения газа или жидкости, после чего поток с катализатором попадает в зону значительно большего сечения, где скорость потока уменьшается, катализатор отделяется от потока и возвращается в реакционную зону.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ

Государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

ДЗЕРЖИНСКИЙ ХИМИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ ИМЕНИ КРАСНОЙ АРМИИ

Теоретические основы

Химической технологии

Методические рекомендации