Особенности химической технологии
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение………………………………………………………………………….4
1.Особенности химического производства…………………………………….6
2.Иерархическая организация процессов в химическом производстве…. ….8
3.Критерии оценки эффективности производства……………………………11
4.Общие закономерности химических процессов……………………………15
4.1.Основы материальных расчетов и материального баланса……………...15
4.2.Составление теплового баланса…………………………………………...19
4.3.Равновесие химических реакций ……….………………………………...25
4.4.Кинетика химико-технологических процессов ………………………….36
5.Промышленный катализ……………………………………………………..49
6.Основные математические модели идеализированных реакторов……..…53
7.Химико-технологические системы (ХТС)…………………………………..62
7.1Структура и описание ХТС…………………………………………………62
7.2.Синтез и анализ ХТС……………………………………………………….63
7.3.Сырьевая и энергетические подсистемы ХТС……………………………65
7.4.Промышленные химические реакторы…………………………………...66
8.Важнейшие промышленные химические производства…………………..74
8.1.Конверсия природного газа………………………………………………..74
8.2.Синтез аммиака……………………………………………………………..79
8.3.Синтез метанола…………………………………………………………….82
8.4.Производство азотной кислоты……………………………………………86
8.5Технология серной кислоты………………………………………………..89
9.Методические указания к выполнению контрольных работ……………...94
9.1.Определение номера варианта контрольной работы…………………….95
10.Контрольные работы………………………………………………………..96
10.1.Контрольная работа №1………………………………………………..….96
10.2.Контрольная работа №2………………………………………………….109
10.3.Контрольная работа №3………………………………………………….127
Рекомендуемая литература……………………………………………………138
Приложения………………………………………………………………….…139
ВВЕДЕНИЕ
Развитие химических и смежных с ней отраслей промышленности идет по пути увеличения масштабов производства, с разработкой новых более совершенных способов, высокоэффективных технологических процессов и аппаратов и комбинирования химических производств.
В курсе общей химической технологии рассматриваются во взаимосвязи все процессы, относящиеся к химическим производствам, как химические, так и физические, что является основной задачей современного учебного курса.
Так как количество химических производств неуклонно возрастает, а химическая промышленность выпускает десятки тысяч продуктов, то конкретное изложение их технологии в одном учебном курсе невозможно. Однако успехи науки и техники позволяют установить общие закономерности для многих производств, так как типичные химические методы и аппараты применяются во многих отраслях промышленности. Следовательно, при выпуске специалистов с широким технологическим кругозором необходимо, чтобы он знал:
1) основные закономерности химической технологии;
2) наиболее типовые химические процессы и реакторы;
3) умел выбирать тип химико-технологической системы.
Цель курса «Общая химическая технология» состоит в формировании у студентов заочной формы обучения химико-технологического мышления; создания фундаментальных знаний по химической технологии и моделированию химических реакторов и процессов, а также применения теоретических и практических знаний к отдельным производствам, имеющим наибольшее народнохозяйственное значение.
Для этого необходимо:
1. Усвоить основные принципы составления материального и теплового балансов реакторов и процессов, законы смещения химического равновесия и кинетики химических реакций, моделирования реакторов.
2. Ознакомиться с типовыми аппаратами процессов, протекающих в газовой или жидкой фазах, или в системах «газ-твердое», «газ-жидкость», «жидкость-твердое», «газ-твердое».
3. Понять роль катализа в ускорении химических реакций, ознакомиться с ассортиментом катализаторов, характером их эксплуатации и конструкциями каталитических реакторов.
4. Ознакомиться с особенностями структуры и функционирования химико-технологических систем.
5. Проанализировать эффективность работы отдельных химических производств.
Усвоение необходимого учебного материала создаст фундамент технологического образования для обучения студентов другим химическим и специальным дисциплинам (процессы и аппараты химических производств, технология минеральных удобрений и т.д.).
Работа студента заочной формы обучения над курсом общей химической технологии включает самостоятельное изучение материала по учебникам и учебным пособиям, выполнения контрольных заданий, а также посещения лекций и практических занятий во время экзаменационной сессии, сдачи зачета и экзамена.
Настоящие методические указания содержат все основные разделы, соответствующие программе по общей химической технологии для студентов 1-го курса специальностей240301 – Химическая технология неорганических веществ, 240501 – Химическая технология высокомолекулярных соединений, 240304 – Химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов, 280202 – Инженерная защита окружающей среды, 240403 – Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов. В методических указаниях приводится содержание тем по программе и последовательность их расположения, в соответствии с которыми следует изучать дисциплину.
Особенности химической технологии.
Под технологией в широком значении этого слова понимают научное описание методов и средств производства в какой-либо отрасли промышленности. Химическая промышленность - ведущая отрасль индустрии, которая наиболее быстро обеспечивает внедрение достижений научно-технического прогресса во все сферы хозяйства и способствует ускорению развития производительных сил в каждой стране.
Особенность химической промышленности - очень широкая, разнообразная по составу сырьевая база. Она включает горнохимическую промышленность (добычу серы, фосфоритов, калийных солей, поваренной соли), важнейшими поставщиками сырья являются также нефтехимическая, коксохимическая, газохимическая, лесохимическая, сланцехимическая промышленности. Они поставляют не только сырье (чаще всего углеводородное, серу), но и полупродукты (серную кислоту, спирты). Важнейший результат научно-технического прогресса во второй половине XX в. - повсеместный и широкий переход химической промышленности на использование продуктов переработки нефти, попутного и природного газа: из них получают подавляющую часть продукции отрасли.
Изучением наиболее экономичных и экологически обоснованных методов химической переработки сырья в предметы потребления и средства производства занимается наука - химическая технология.
Специфические особенности химической промышленности и технологии следующие:
1) высокая энергоемкость (в первую очередь теплоемкость) в отраслях, связанных со структурной перестройкой вещества (получение полимерных материалов, продукция органического синтеза, электрохимические процессы и др.);
2) значительное водопотребление производств (охлаждение агрегатов, технологические процессы);
3) невысокая трудоемкость большинства производств отрасли;
4) очень высокая капиталоемкость;
5) большие объемы используемого сырья и многих видов готовой продукции;
6) экологические проблемы, обусловленные производством и потреблением ряда химических продуктов.
Современная химическая технология, используя достижения естественных наук, изучает и разрабатывает совокупность физических и химических процессов, машин и аппаратов, оптимальные пути осуществления этих процессов и управления ими при промышленном производстве различных веществ.
Химическая технология должна учитывать многие факторы, в том числе доступность и стоимость сырья и энергии, конструкцию реактора и коррозионно-стойкие материалы для изготовления оборудования, меры по защите окружающей среды и т.д.
Сложность такой системы как химическое производство сделало целесообразным применение для ее исследования системного подхода и введения понятия уровень протекания процесса. При подобном подходе в химическом производстве выделяются несколько последовательно возрастающей сложности подсистем – уровней, каждому из которых свойственен свой метод изучения явления.