Geum.ru

Методические указания и контрольные задания для студентов -заочников образовательных учреждений среднего профессионального образования по специальности 240404

Вид материалаМетодические указания

Содержание


Тема 3.1 Основы теории массопередачи
Методические указания
Методические указания
Методические указания
Методические указания
Методические указания
Методические указания
Методические указания
Вопросы для самоконтроля
Методические указания
Распределение разделов (тем) на учебные задания
Подобный материал:
1   2   3   4   5

Тема 3.1 Основы теории массопередачи



Студент должен:

знать:
  • виды массообменные процессов;
  • способы выражения состава фаз;
  • уравнение молекулярной и конвективной диффузии;
  • движущую силу процесса массопередачи;
  • материальный баланс процессов массообмена;
  • уравнение оперативной линии;
  • число единиц переноса;


уметь:
  • рассчитывать состав фаз смесей;
  • производить пересчет мольных концентраций в массовые и наоборот, рассчитывать молекулярную массу смеси по известным массовым и мольным концентрациям;
  • рассчитывать среднюю плотность смеси по известным массовым, мольным и объемным концентрациям;
  • определять число теоретических тарелок графоаналитическим методом.


Общие признаки массообменных процессов.

Виды массообменных процессов. Способы выражения состава фаз. Равновесие между фазами. Молекулярная и конвективная диффузии. Уравнения и коэффициенты молекулярной диффузии, массоотдачи. Основное уравнение массопередачи, коэффициент массопередачи. Средняя движущая сила процесса массопередачи.

Материальный баланс процессов массообмена. Уравнение оперативной линии. Число единиц переноса, число теоретических тарелок, методы их определения.


Практические занятия № 6

Методические указания


При изучении данной темы необходимо уделить особое внимание выражению состава фаз в различных концентрациях и пересчёту одних концентраций в другие.

Проведите аналогию между уравнениями массопередачи и теплопередачи, между уравнениями массоотдачи и теплоотдачи.

Познакомьтесь с основами составления материального баланса массообменных процессов, с понятием числа единиц переноса, теоретической тарелкой. Эти понятия понадобятся вам при изучении последующих тем.


Вопросы для самоконтроля

  1. Какие процессы называются массообменными? Для чего они применяются?
  2. Каково математическое выражение уравнения равновесия в общем виде?
  3. Какая концентрация называется массовой?
  4. Какая концентрация называется мольной?
  5. Какая концентрация называется объёмной?
  6. Напишите уравнение, выражающее связь между массовой и мольной концентрациями.
  7. Напишите уравнения для определения средней молекулярной массы через мольные и массовые концентрации.
  8. Напишите уравнение массопередачи. Объясните каждую величину, входящую в уравнение.
  9. Каков принцип составления материального баланса массообменного процесса?
  10. Как вывести из уравнения материального баланса уравнение оперативной линии?
  11. Как ведётся расчёт массообменных процессов по числу единиц переноса? Что называется числом единиц переноса?
  12. Что называется теоретической тарелкой? Как рассчитать число теоретических тарелок, необходимых для ведения процесса?


Литература :[1], с.191-204; [2], с. 170-180; [3], с. 560-589.


Тема 3.2 Теория перегонки

Студент должен:

знать:
  • определение равновесной системы;
  • закон Рауля-Дальтона;
  • кривые равновесия фаз, изобарные кривые;
  • сущность константы фазового равновесия;
  • сущность однократного и многократного испарения бинарных и сложных смесей;
  • уравнения, используемые при расчете однократного испарения (ОИ) бинарных и сложных смесей;


уметь:
  • строить изобарные кривые, кривые равновесия фаз;
  • определять константу фазового равновесия и упругость паров для индивидуальных углеводородов и нефтяных фракций;
  • строить кривые ОИ нефтепродуктов на основе истинных температур кипения (ИТК), используя график Обрядчикова и Смидовича;
  • рассчитать ОИ сложных смесей.

Основные законы термодинамического равновесия. Краткие сведения о законах идеальных и реальных газов. Правило фаз, законы Дальтона, Рауля. Давление насыщенных паров и его определение. Равновесные системы. Закон Рауля-Дальтона. Коэффициент обогащения. Кривые равновесия фаз. Изобарные кривые.

Испарение и конденсация бинарных и многокомпонентных систем. Однократное и многократное испарение бинарных систем. Однократное испарение сложных смесей. Построение кривых однократного испарения нефтепродуктов на основе кривых ИТК, при помощи графиков Обрядчикова и Смидовича. Кривые равновесия фаз нефтяных фракций. Перегонка в присутствии водяного пара.


Практические занятие № 7, 8.


Лабораторная работа № 5.


Методические указания


Изучение этой темы следует начать с повторения основных законов термодинамического равновесия, затем изучить закон Рауля-Дальтона. Нужно понять физический смысл константы фазового равновесия К. константа фазового равновесия, как распределён данный компонент между паровой и жидкой фазами в состоянии равновесия. Например, если К=4, это означает, что содержание данного компонента в состоянии равновесия в парах в 4 раза выше, чем в жидкости.

При изучении состояния равновесия бинарных систем надо разобраться в графических зависимостях, характеризующих равновесия бинарных систем (изотерма, изобарные кривые, кривые равновесия фаз).

Расчёт однократного испарения производится с целью определения величины доли отгона при температуре и давлении однократного испарения. Доля отгона представляет отношение количество паров, образовавшихся при однократном испарении к количеству исходной смеси.

Разберите пример расчёта доли отгона сложной смеси [3]. Обратите внимание на таблицу, как на очень удобную форму записи расчёта.

При изучении перегонки с водяным паром обратите внимание на то, для чего применяется при перегонке водяной пар, как рассчитать необходимый расход водяного пара и давление углеводородных паров в смеси с водяными парами, как рассчитывается доля отгона в присутствии водяного пара. При перегонке применяется перегретый водяной пар.


Вопросы для самоконтроля

  1. На чём основан процесс перегонки?
  2. Какое состояние системы называется равновесным? Каковы условия равновесия?
  3. Дайте определение понятиям: система, фаза, компонент.
  4. Что называется числом степеней свободы?
  5. Напишите и объясните физический смысл законов Дальтона, Рауля.
  6. Напишите уравнение объединённого закона Рауля-Дальтона. В чём физический смысл константы фазового равновесия?
  7. Что называется фугитивностью? В зависимости от каких величин она находится по графику?
  8. Как строятся изобарные кривые?
  9. В каких координатах строится кривая равновесия фаз? Почему кривая равновесия фаз выпуклая?
  10. Что называется коэффициентом относительной летучести? Как он определяется?
  11. Какое испарение называется однократным? Многократным? Постепенным?
  12. Напишите уравнение материального баланса однократного испарения бинарной смеси.
  13. Как перевести мольную долю отгона в массовую?
  14. В чём заключатся метод Обрядчикова-Смидович приближённого построения кривых однократного испарения?
  15. Какова роль водяного пара при перегонке?
  16. Выведите уравнение для определения количества водяного пара необходимого для перегонки.


Литература :[1], с. 204-228; [2], с.181-209.


Тема 3.3 Ректификация

Студент должен:

знать:
  • сущность и проведение процесса ректификации;
  • материальный и тепловой баланс колонны;
  • уравнения, применяемые при определении режима работы колонны;
  • методы образования орошения и парового потока;
  • виды тарелок и насадок, их сравнительную характеристику;
  • уравнение для расчета диаметра колонны, объема паров, допустимой скорости паров, высоты колонны;
  • порядок расчета колонны;
  • мероприятия по предотвращению загрязнения атмосферы и водоемов, почвы;
  • основные требования техники безопасности при эксплуатации ректификационных колонн;


уметь:
  • составлять материальный и тепловой балансы колонны для различных частей колонны и по различным сечениям;
  • рассчитывать и определять режим работы колонны, используя графический метод Обрядчикова и Смидовича;
  • рассчитывать количество острого и циркулярного орошения, парового потока;
  • определять основные размеры колонны: диаметр, высоту, расстояние между тарелками;
  • определять гидравлическое сопротивление тарелок;
  • рассчитывать колонну для разделения бинарной смеси с определением числа тарелок, используя графический метод.

Сущность и проведение процесса ректификации. Материальный баланс колонны, флегмовое число. Построение линий концентраций. Тепловой баланс колонны.

Расчет числа теоретических тарелок. Определение режима работы колонны. Методы образования орошения и парового потока.

Варианты устройства колонны: простые и сложные, насадочные и тарельчатые. Виды ректификационных тарелок, их сравнительная харак­теристика.

Определение основных размеров колонны. Гидравлический расчет тарелок. Порядок расчета ректификационной колонны.

Мероприятия по предотвращению загрязнения атмосферы и водного бассейна отходами нефтегазопереработки, легколетучими компонентами. Основные требования техники безопасности при эксплуатации рек­тификационных колонн.


Практические занятия № 9.


Лабораторная работа № 6.


Методические указания


При изучении данной темы следует уяснить разницу между простой перегонкой и ректификацией. При изучении материального баланса колонны надо хорошо понять, для чего составляется материальный баланс всей колонны и отдельных частей колонны. Необходимо уяснить физический смысл уравнения материального баланса всей концентрационной части колонны, баланса по сечению концентрационной части, а также материального баланса всей отгонной части и баланса по сечению отгонной части, графическое изображение уравнений концентраций для концентрационной и отгонной частей колонны.

Необходимо понять влияние флегмового числа на процесс ректификации. Нужно разобраться в методах определения числа теоретических тарелок, понять связь между числом теоретических тарелок и количеством орошения.

При изучении методов создания орошения и парового потока обратите внимание на уравнение для подсчёта количества тепла, снимаемого орошением и количество тепла, вводимого в нижнюю часть колонны паровым потоком. Надо знать преимущества и недостатки всех видов орошения.

Обратите особое внимание на определение температурного режима колонны, на расчёт ректификационной колонны, т.к. это потребуется при выполнении курсового и дипломного проектов.


Вопросы для самоконтроля

  1. Чем отличается простая перегонка от ректификации?
  2. Дайте определение процесса ректификации.
  3. Перечислите условия ректификации.
  4. Объясните работу тарелки.
  5. Какова роль орошения в процессе ректификации?
  6. Назовите основные части простой колонны?
  7. Начертите схему сложной колонны.
  8. Какие способы создания орошения и парового потока вы знаете?
  9. Напишите уравнение материального баланса для всей колонны.
  10. Как изменится положение рабочих линий концентрационной и отгонной частей колонны с изменением количества жидкого и парового орошения?
  11. Как определить число теоретических тарелок графоаналитическим методом?
  12. Что называется флегмовым числом? Как влияет флегмовое число на число теоретических тарелок в колонне?
  13. Как определяется действительное число тарелок?
  14. С какой целью составляется тепловой баланс колонны?
  15. Как определить температуру верха колонны?
  16. Как определить температуру низа колонны?
  17. Как влияет давление на процесс ректификации?
  18. Как классифицируют колонны?
  19. Какие виды тарелок вы знаете?
  20. От каких величин зависит диаметр колонны?
  21. Как определяется высота колонны?
  22. С какой целью производится гидравлический расчёт тарелки?
  23. Напишите уравнение для определения потери напора на тарелке. От каких величин зависят потери напора на тарелке?


Литература :[1], с.229-268; [2], с. 210-240.


Тема 3.4 Абсорбция и десорбция

Студент должен:

знать:
  • сущность процесса абсорбции;
  • закон Генри;
  • материальный и тепловой балансы абсорбера;
  • сущность и методы проведения десорбции.


уметь:
  • рассчитывать процесс абсорбции по кривой равновесия фаз и абсорбционному фактору;
  • определять число теоретических тарелок десорбера.

Абсорбция. Равновесия между фазами. Закон Генри. Материальный баланс абсорбера. Расчет процесса абсорбции по кривой равновесия фаз и по абсорбционному фактору. Тепловой баланс абсорбции. Определение размеров абсорбера.

Десорбция. Методы проведения процесса. Определение числа тарелок десорбера. Тепловой баланс десорбера. Охрана окружающей среды.

Методические указания


При изучении данной темы необходимо уяснить физические основы процесса абсорбции. При рассмотрении материального баланса абсорбции обратите внимание на то, что при разделении нефтяных газов пользуются понятием абсорбционного фактора, коэффициента извлечения. Следует ра­зобраться в этих понятиях. Обратите внимание на график Кремсера, ис­пользуемый при расчете материального баланса абсорбции.

Обратите внимание на то, что расчет абсорбции и десорбции газов ведется по ключевому компоненту. При абсорбции в качестве ключевого компонента выбирается самый легкий из извлекаемых компонентов, а при десорбции - самый тяжелый из десорбируемых компонентов.

Обратите внимание на то, что при расчете десорбера пользуются также уравнениями Кремсера. Вместо абсорбционного фактора при десорбции используют понятие фактора отпаривания.

Вопросы для самоконтроля

1. В чем сущность и назначение процесса абсорбции?

2. Напишите уравнение материального баланса абсорбции.

3. Что такое абсорбционный фактор и от чего он зависит?

4. Как влияют температура, давление, качество абсорбента, количество абсорбента на процесс абсорбции?
  1. Как определить число теоретических тарелок при абсорбции?
  2. Как рассчитывается диаметр абсорбера?
  1. Как определить количество тепла, выделяемого при абсорбции?
  2. Что называется дифференциальной теплотой растворения?
  3. В чем сущность процесса десорбции?
  4. Как подсчитать расход водяного пара при десорбции? Выведите уравнение.
  5. Как подсчитать расход водяного пара при десорбции? Выведите уравнение.

12.Какие вещества используют в качестве десорбирующего агента?

13.Какие способы проведения процесса десорбции Вы знаете?

14.Как устроены насадочные и тарельчатые абсорберы?

15.Какие виды насадок Вы знаете?

16.Почему насадка в абсорбере лежит отдельными слоями, а не одним слоем?
  1. Нарисуйте схему абсорбер-десорбер.


Литература :[1], с.268-277; [2], с. 241-251; [3], с. 590-630.


Тема 3.5 Экстракция


Студент должен :

Знать:
  • сущность и методы проведения процесса экстракции;
  • конструкции экстракторов;
  • стадии процесса.


Сущность и проведение процесса экстракции. Стадии процесса. Материальный баланс. Конструкции экстракторов. Принцип расчета экстракторов.


Методические указания

При изучении данной темы обратите внимание на факторы экстракции. К ним относятся: расход экстрагента, температура, качество растворителя, в отдельных случаях - давление. Обратите внимание на закон распределения. Изучите все методы экстрагирования. Особое внимание уделите противоточной экстракции.

Вопросы для самоконтроля

1. В чем сущность и назначение процесса экстракции?

2. В каких процессах нефтепереработки применяется экстракция?

3. Какие экстрагенты Вы знаете?

4. Как температура влияет на процесс экстракции?

5. Перечислите методы экстрагирования. Каковы их достоинства и недостатки?

6. Как устроены роторно-дисковые экстракторы?

7. В чем достоинства и недостатки распылительных и насадочных экстракторов?


Литература :[1], с. 278-284; [2], с. 252-255; [3], с. 631-652.


Тема 3.6 Адсорбция


Студент должен:

знать:
  • сущность процесса адсорбции;
  • свойства различных адсорбентов.

Сущность процесса адсорбции. Требования, предъявляемые к адсорбентам. Изотерма адсорбции. Устройство адсорберов. Принцип расчета адсорбера.

Методические указания


При изучении этой темы обратите внимание на то, что при адсорбции достигается очень точное разделение смесей. Методом адсорбции можно выделить такие компоненты, которые другими методами из-за малой концентрации в смеси не выделяются. Обратите внимание на новые адсорбенты - цеолиты (молекулярные сита). Изучая изотерму адсорбции, хорошо уясните, что выражают данные кривые. Необходимо изучить все имеющиеся методы проведения процесса адсорбции. Следует обратить внимание на устройство адсорберов со стационарным слоем адсорбента, с движущимся слоем адсорбента и с псевдоожиженным слоем адсорбента.


Вопросы для самоконтроля


1. В чем заключается сущность и назначение процесса адсорбции?

2. В каких процессах нефтепереработки применяется адсорбция?

3. Перечислите известные Вам адсорбенты.

4. Какие требования предъявляют к адсорбентам?

5. Какие уравнения описывают равновесие при адсорбции?

6. В чем отличие физической адсорбции от хемосорбции?

7. Как температура и давление влияют на процесс адсорбции?

8. Какие методы проведения процесса адсорбции Вы знаете?

9. Как устроен и работает адсорбер с движущимся слоем адсорбен­та?


Литература :[1], с. 284-289; [2], с. 256-261; [3], с.712-730.

Раздел 4 ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ


Тема 4.1 Основы ведения химических процессов

Студент должен:

знать:
  • классификацию химических процессов;
  • основные кинетические зависимости;
  • особенности гетерогенных химических реакций;
  • особенности непрерывных процессов;


уметь:
  • характеризовать химический процесс.

Классификация химических процессов. Примеры химических про­цессов, применяемых в нефтегазопереработке и нефтехимии.

Основные кинетические зависимости. Особенности гетерогенных химических реакций. Особенности непрерывных процессов.

Методические указания

При изучении этой темы нужно особое внимание уделить основным кинетическим зависимостям, изучить, как влияет температура на скорость химических реакций. Нужно разобраться, как определяется необходимый объем реактора при помощи кинетических кривых. Изучите связь между массовой и объемной скоростью подачи сырья. Обратите внимание на определение температурного коэффициента скорости реакции, от каких факторов зависит его величина.

Вопросы для самоконтроля
  1. Приведите примеры химических процессов, применяемых в нефтепереработке.
  2. Как классифицируются химические реакции по своему механизму, по тепловым характеристикам. Приведите примеры.
  3. Как классифицируются химические реакции по способам подвода и отвода тепла? Приведите примеры.
  4. На какие две группы делятся реакторы непрерывного действия?
  5. Как рассчитать необходимый реакционный объем, если известно время реагирования?

6. Что называется глубиной превращения, скоростью реакции?

7. Что называется массовой, объемной скоростью подачи сырья?

8. Связь между массовой и объемной скоростями.

9. Что называется фиктивным временем реагирования?

10. Как влияет температура на скорость химической реакции?

11 .Что называется тепловым эффектом реакции?

12. Назовите основные режимы гетерогенных химических реакций.

13. Каковы преимущества и недостатки аппаратов идеального смешения?

14. Как можно устранить недостатки аппаратов с внутренним перемешиванием?


Литература :[1], с. 338-344; [2], с. 262-270.


Тема 4.2 Реакторные устройства


Студент должен:

знать:
  • классификацию и устройство реакторов каталитического крекинга, алкилирования, полимеризации, каталитического риформинга;
  • особенности конструкции реакторов различного назначения.


уметь:
  • рассчитывать реактор каталитического крекинга.

Классификация реакторных устройств: кожухотрубчатых, змеевиковых, колонного типа, с перемешивающими устройствами.

Реакторы сменно-циклических процессов: реакторы каталитического риформинга, алкилирования.

Принцип расчета реакторных устройств.

Основные требования техники безопасности при эксплуатации реакторных устройств.

Методические указания

При изучении данной темы обратите внимание на то, что теплооб­мен в промышленных реакторах может быть непрерывным или ступенча­тым. Он может осуществляться через поверхность теплообмена и с приме­нением теплоагентов смешения. Нужно уяснить, что если проводимая ре­акция экзотермична, и необходим отвод тепла или, наоборот, эндотермична и требуется подвод тепла, то последний осуществляется рециркуляцией не превращенного сырья или же промежуточным охлаждением или нагревом. Подвод или отвод тепла может также осуществляться путем смешения с катализаторами и теплоносителями или теплоотводящими агентами, а иногда путем испарения в зоне реакции части сырья или других агентов.


Вопросы для самоконтроля

  1. Как можно классифицировать реакторы?
  2. Как устроены реакторы с перемешивающими устройствами?
  3. Какие процессы называются сменно-циклическими? Приведите примеры.
  4. Как устроен реактор каталитического крекинга с движущимся шариковым катализатором?
  5. Нарисуйте схему реакторного блока с соосным расположением реактора и регенератора.

6. Как устроен и как работает реактор риформинга с радиальным вводом сырья?

7. Каково устройство и принцип работы змеевикового реактора по­лимеризации?

8. Объясните устройство и принцип работы вертикального реактора сернокислотного алкилирования.

9. Объясните устройство и принцип работы каскадного реактора сернокислотного алкилирования.


Литература :[1], с.344-363; [2], с. 276-304.


Контрольная работа №3.


  1. Задания для контрольных работ


3.1 Учебный материал дисциплины «Процессы и аппараты» состоит из четырех разделов. Студенту необходимо выполнить три контрольные работы в сроки, установленные учебным планом.


Распределение разделов (тем) на учебные задания

(контрольные работы)


Количество учебных заданий
Номера разделов (тем)

Контрольная работа 1
Раздел 1.: Темы 1.1;1.2;1.3.

Контрольная работа 2
Раздел 2.: Темы 2.1;2.2;2.3.

Контрольная работа 3
Раздел 3.: Темы 3.1;3.2;3.3;3.4;3.5;3.6.

Раздел 4.: Темы 4.1;4.2.