Общая химическая технология
| Вид материала | Методические указания |
- Отчет о результатах самообследования основной образовательной программы по специальностям:, 1627.98kb.
- Рабочая программа по дисциплине «Основы научных и инженерных исследований» Направление, 83.71kb.
- Рабочая программа по дисциплине "Химическая технология неорганических веществ " Направление:, 112.47kb.
- Рабочая программа по дисциплине «Математическое моделирование в химической технологии», 77.52kb.
- Гоу впо «Московский государственный открытый университет», 483.26kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1 -21 утверждаю, 464.86kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1-21/01 утверждаю, 312.72kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1-21/01 утверждаю, 178.17kb.
- Рабочая учебная программа факультет, 281.64kb.
- Рабочая программа дисциплины физическая химия направление ооп 240100 Химическая технология, 558.39kb.
Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет им. С.Торайгырова
Биолого-химический факультет
Кафедра химических технологий
ОБЩАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения
Павлодар
УДК 66(07)
ББК 24.23
Я 7
Рекомендовано Учёным советом ПГУ им. С. Торайгырова
Рецензент:
кандидат химических наук, доцент Мальков И.В.
Составители: М.Г. Баймухамбетова, Ю.Ф. Рыжак
Я 7 Общая химическая технология: методические указания и
контрольные задания для студентов заочной формы
обучения / составители М.Г. Баймухамбетова, Ю.Ф. Рыжак. –
Павлодар. – 2007. – 36 с.
В методических указаниях приводится основное содержание программы по дисциплине «Общая химическая технология» и задания для контрольной работы охватывающей весь курс, приведены методики расчетов для выполнения контрольных работ, дан список научной и справочной литературы необходимой для проведения расчетов. Методические указания и контрольные задания предназначены для студентов заочной формы обучения специальностей: 050720 – «Химическая технология неорганических веществ», 050721 - «Химическая технология органических веществ»
Методические указания разработаны в соответствии с ГОСО РК–3.08.095–2004, утвержденным Министерством образования и науки РК от 07.08.2004г №671, ГОСО
РК-3.08.096-2004, утвержденным Министерством образования и науки РК от 07.08.2004г №671.
УДК 66(07)
ББК 24.23
© Баймухамбетова М.Г., Рыжак Ю.Ф., 2007
© Павлодарский Государственный университет
им. С.Торайгырова, 2007
Введение
Современное химическое производство представляет собой многотоннажное специализированное производство, основой которого является химическая технология.
В химической технологии рассматриваются процессы, связанные с изменением химического состава перерабатываемых материалов.
Химическая технология относится к естественным наукам, так как имеет дело с объектами и процессами. Реальное химическое производство представляет собой совокупность большого числа взаимосвязанных технологических процессов и аппаратов, предназначенных для переработки сырья в продукты потребления.
В соответствии с современными тенденциями развития химических отраслей, интенсификацией и модернизацией действующих производств, укрупнением и комбинированием производств возрастает роль подготовки инженерных кадров. Качество подготовки инженеров-технологов для предприятия химической промышленности определяется фундаментальной подготовкой специалистов по инженерно-химическому циклу учебных дисциплин.
Настоящие методические указания разработаны с целью изучения и закрепления теоретических и практических знаний полученных при изучении дисциплины «Общая химическая технология».
В методических указаниях приведены методики расчетов, дан список научной и справочной литературы необходимой для проведения расчетов.
-
Общие методические указания
В соответствии с учебным планом курс «Общая химическая технология» изучается по заочной системе обучения на втором курсе (на базе среднего профессионального и высшего образования) и третьем курсе (на базе среднего образования) после сдачи экзаменов по общенаучным и общетехническим дисциплинам.
В курсе «Общая химическая технология» студенты должны получить необходимую информацию об общих закономерностях химико-технологических процессов, методах анализа и способах оптимизации химико-технологических процессов и систем, основных технологических схемах производства неорганических веществ.
Знание курса должно помочь студентам научиться правильно подбирать оптимальные режимы производства, анализировать функциональные, технологические, структурные схемы, основные потоки и технологические связи химико-технологических процессов, вести материальные и тепловые расчеты химико-технологических процессов, определять влияние различных факторов и режимов на общие показатели химической технологии, критерии работоспособности химических реакторов и других аппаратов, находить оптимальные технологические решения с учетом экономических и экологических приоритетов, сформировать у будущих специалистов инженерное мышление, навыки решения различных проблем реального производства, его организации и управления, овладение студентами основными методами технологического расчета важнейших аппаратов химических производств.
Программа курса «Общая химическая технология» состоит из пяти основных тем:
Тема 1. Химическое производство
Тема 2. Химическое производство как химико-
технологическая система (ХТС)
Тема 3. Химические процессы
Тема 4. Химические реакторы
Тема 5. Промышленные химические производства
При изучении производства каждого продукта кроме перечисленных в методических указаниях вопросов рассматривать следующие вопросы:
- технико-экономические показатели процесса;
- контроль и автоматизация процесса;
- условия безопасной работы;
- основные тенденции развития производства;
-меры по защите окружающей среды от выбросов производства
Для изучения курса учебным планом предусмотрено выполнение лабораторного практикума, практических занятий, курсовой работы и сдача экзамена (зачета).
1.1 Требования к содержанию и оформлению
Контрольная работа включает в себя два теоретических вопроса и четыре задачи.
Теоретические вопросы предусматривают изложение физико-химических основ процесса получения одного из продуктов химической технологии и изображение технологической схемы с указанием норм технологического режима.
Технологическая схема должна быть вычерчена на листе формата А-4, внизу схемы должна быть приведена спецификация пронумерованного оборудования. Оборудование рекомендуется вычерчивать в таком масштабе, чтобы сохранялась соразмерность аппаратов.
Задачи необходимо выполнять в логической последовательности.
При использовании для расчета уравнений или каких-либо формул они сначала должны быть приведены в общем виде с расшифровкой каждого параметра, с указанием его размерности и литературного источника.
Размерности всех величин и параметров должны быть выражены в системе СИ.
Контрольные работы выполняются на листах А-4 с полями для замечаний преподавателя.
В конце выполненной контрольной работы должен быть приведен список использованной литературы.
Преподавателю предоставляется право выдавать индивидуальное повторное задание, если обнаружиться, что студент выполнил контрольную работу не самостоятельно.
Пример оформления списка литературы
1 Амелин А.Г. Технология серной кислоты / А.Г. Амелин. – 2-е издание., перераб. – М. : Химия, 1983. – 360 с.
2 Программа курса «Общая химическая технология»
Введение
Значение и развитие химической промышленности. Химическая технология как научная основа химического производства. Особенности химической технологии как науки. Связь химической технологии с другими науками. Объект химической технологии. Важнейшие технологические понятия и определения.
Классификация химических производств. Принципы классификации. Основные, взаимосвязанные направления развития химической технологии. Динамика и масштабы производства основных продуктов химической промышленности.
Новые химико-технологические приемы, способы получения продуктов, структура химических отраслей.
2.1 Химическое производство
Общая технологическая структура химического производства. Общие функции химического производства. Основные операции в химическом производстве. Основные технологические компоненты. Качественные и количественные критерии оценки эффективности химического производства.
Сырьевые источники химического производства.
Характеристика и классификация сырья и вспомогательных материалов. Отходы производства как источник вторичных материальных ресурсов. Перспективные и альтернативные источники сырья. Подготовка сырья в химико-технологическом процессе.
Вода как сырье и вспомогательный компонент производства. Источники воды. Промышленная водоподготовка.
Энергия в химическом производстве
Потребление энергии и энергоснабжение в химическом производстве. Общая характеристика и классификация энергетических ресурсов. Перспективные и альтернативные источники энергии.
Рациональное использование энергии. Способы энерготехнологического комбинирования и использования энергетического потенциала сырья и тепла экзотермических реакций. Вторичные энергоресурсы (ВЭР), их классификация, основные направления, утилизация.
2.2 Химическое производство как химико-технологическая система (ХТС)
Структура и описание ХТС. Химическое производство как ХТС. Состав ХТС. Виды моделей ХТС, их назначение и применение.
Элементы ХТС, их классификация. Многофункциональные элементы.
Технологические связи элементов ХТС, их назначение и характеристика. Примеры применения различных видов связей в синтезе ХТС.
Методы химической технологии
Иерархическая организация процессов в химическом производстве. Методологические основы химической технологии как науки – системный анализ сложных схем и взаимодействий их элементов. Понятие системы. Системный анализ.
Анализ ХТС
Понятие задачи и показатели результатов ХТС. Виды анализа.
Материальный и тепловой баланс. Методика составления и расчеты. Фомы их представления.
Особенности составления балансовых уравнений в схемах с рециклом. Энергетический (энтальпийный) баланс.
Технологический анализ ХТС. Структура технико-экономических показателей и значение ее составляющих в химическом производстве.
Синтез ХТС Понятие и задачи синтеза ХТС. Основные этапы разработки ХТС.
Основные концепции при синтезе ХТС. Их содержание и пути реализации.
Энерготехнологические системы, комбинированные производства, перестраиваемые ХТС, совмещенные процессы, замкнутые и безотходные производства – особенности их построения и области применения.
Однородные технологические схемы. Система теплообменников. Система разделения сложной смеси. Система реакторов. Основы построения их оптимальной структуры.
2.3 Химические процессы
Понятие о химико-технологическом процессе. Классификация химико-технологических процессов по условиям работы, по типу реакций, по состоянию реагирующих веществ. Физико-химические закономерности химического превращения. Основные показатели химических процессов, их взаимосвязь. Использование физико-химических закономерностей для повышения эффективности процессов.
Закономерности переноса тепла, вещества и импульса. Их значение в системе процессов.
Гомогенные химические процессы. Гомогенные химические процессы, влияние условий проведения и химических признаков на скорость превращения и дифференциальную селективность. Пути и способы интенсификации гомогенных процессов.
Понятие оптимальных температур. Оптимальные температуры для обратимых и необратимых экзо- и эндотермических химических процессов.
Гетерогенные (некаталитические) химические процессы
Определение фазового состава. Стадии гетерогенного процесса. Взаимное влияние химической реакции переноса массы. Скорость химического превращения. Лимитирующая стадия и ее определение. Области протекания гетерогенных процессов. Влияние условий протекания процесса на скорость превращения.
Гетерогенный процесс «газ – твердое». Уравнения для расчета скорости и времени полного превращения для различных областей протекания процесса. Пути интенсификации для различных режимов процессов.
Гетерогенный процесс «газ – жидкость». Реакция в объеме и в пограничном слое. Определение скорости превращения. Пути интенсификации для различных режимов процесса.
Промышленный катализ. Значения и области применения промышленного катализа. Гомогенный катализ. Скорость превращения при гомогенном катализе. Влияние условий осуществления процесса на эффективность гомогенно-каталитического процесса. Гетерогенный катализ на твердом катализаторе. Скорость химического превращения. Области протекания гетерогенно-каталитического процесса. Влияние условий осуществления процесса на скорость превращения и селективность. Степень использования внутренней поверхности. Пути интенсификации каталитических процессов.
2.4 Химические реакторы
Химические реакторы (ХР) и требования, предъявляемые к ним. Структурные элементы ХР – реакционный объем, устройства ввода и вывода потоков, теплообменные элементы, устройства смешения и распределения потоков. Классификация химических реакторов и режимов их работы.
Уравнение материального и теплового балансов в химическом реакторе.
Химические реакторы с идеальной структурой потока
Реактор идеального смешения. Периодический реактор идеального смешения. Проточный реактор идеального смешения в стационарном режиме. Реактор идеального вытеснения. Сравнение эффективности проточных реакторов идеального смешения и идеального вытеснения. Каскад реакторов идеального смешения.
Химические реакторы с неидеальной структурой потока
Причины, приводящие к отклонениям от идеальности в проточных реакторах. Модели реакторов с реальной гидродинамической обстановкой. Ячеечная модель. Однопараметрическая диффузионная модель.
Теплоперенос в химических реакторах
Тепловые режимы химических реакторов. Проточный реактор идеального смешения в неизотермическом режиме. Периодический реактор идеального смешения в неизотермическом режиме. Теплоустойчивость химических реакторов. Параметрическая чувствительность, пространственные неоднородности (определение и влияние на производительность процесса). Оптимальный температурный режим и способы его осуществления в промышленных реакторах. Использование нестационарных режимов для проведения каталитических процессов в оптимальных температурных условиях.
Промышленные химические реакторы для проведения:
- гомогенных процессов;
- некаталитических процессов «газ – твердое»;
- некаталитических процессов «газ – жидкость»;
- некаталитических процессов «жидкость – твердое»;
- некаталитических процессов «газ - жидкость – твердое»;
- гетерогенных процессов «жидкость – жидкость»;
- гетерогенно-каталитических процессов.
2.5 Промышленные химические производства
2.5.1 Производство серной кислоты. Виды серосодержащего сырья и методы производства серной кислоты. Химическая и структурная схемы производства серной кислоты.
Получение сернистого газа из флотационного колчедана. Физико-химические основы обжига флотационного колчедана. Кинетика горения пирита. Очистка обжигового газа от пыли.
Очистка обжигового газа от примесей (специальная очистка). Окисление диоксида серы. Физико-химические основы каталитического окисления диоксида серы. Принципиальная схема контактного аппарата. Катализаторы процесса.
Абсорбция серного ангидрида. Контактное и абсорбционное отделения. Аппаратурное оформление процессов. Расходные коэффициенты на 1 тонну серной кислоты.
2.5.2 Синтез аммиака. Технология связанного азота. Современное состояние и перспективы развития азотной промышленности. Сырье в азотной промышленности. Технологический путь получения аммиака и азотной кислоты из углеводородного сырья. Методы фиксации азота.
Химические методы производства водорода и водородсодержащих газов. Газификация жидкого и твердого топлива.
Методы конверсии углеводородных газов. Физико-химические основы конверсии. Технологическая схема конверсии метана.
Конверсия окиси углерода. Методы очистки конвертируемого газа от окиси и двуокиси углерода.
Синтез аммиака. Общая характеристика сырья. Химическая и принципиальная схемы производства аммиака. Физико-химические основы синтеза аммиака
Технологические схемы производства аммиака. Агрегат синтеза аммиака при среднем давлении. Аппаратурное оформление. Режим работы. Регулирование процесса. Хранение и транспортирование аммиака.
2.5.3 Производство азотной кислоты. Химическая и структурная схема. Физико-химические основы контактного окисления аммиака. Окисление окиси азота. Абсорбция двуокиси азота и его димера.
Технологическая схема производства разбавленной азотной кислоты под давлением 8 атм. Аппаратурное оформление процесса.
Расходные коэффициенты для производства 60% азотной кислоты. Методы концентрирования азотной кислоты.
2.5.4 Технология соединений фосфора. Сырье фосфорной промышленности. Природные фосфаты на территории Казахстана. Значение соединений фосфора в народном хозяйстве.
Производство фосфорной кислоты. Сравнение экстракционного и экзотермического способов производства фосфорной кислоты. Технологические схемы экстракционного и экзотермического способов производства. Аппаратурное оформление.