Тема 1. Общие закономерности ХТП

ОБЩАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

Рабочая программа, методические указания и контрольные задания

для студентов

направления подготовки

«240100.62 Химическая технология»

Профили: «Технология электрохимических производств»

«Технология и переработка полимеров»

«241000.62 Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии»

Профиль: «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»

ВВЕДЕНИЕ

Курс «Общая химическая технология» (ОХТ) относится в соответствии с государственным образовательным стандартом к общепрофессиональным дисциплинам, формирующим у бакалавров технологическое мировоззрение. Грамотное выполнение задачи по разработке технологических процессов, проектированию, конструированию и эксплуатации химического оборудования невозможно без знания основ теории химических процессов и реакторов, принципов рационального использования сырьевых и топливно-энергетических ресурсов, без учета задач охраны окружающей среды.

Задачами курса ОХТ являются:

- знакомство с составом и структурой химической технологии и химического производства;

- изучение химических превращений в условиях промышленного производства;

- обучение: современным методам и приемам анализа, разработки и оптимальной организации типовых химико-технологических процессов (ХТП) и химико-технологических систем (ХТС);

- развитие ассоциативного инженерного химико-технологического мышления и эрудиции при анализе и синтезе ХТС;

- изучение и привитие навыков применения основ экологии и защиты окружающей среды при разработке ХТС на примерах передовых, хорошо разработанных химических производств.

Курс ОХТ содержит 5 основных разделов:

- общие представления о химическом производстве;

- химико-технологические процессы, теоретические основы химической технологии;

- химические реакторы;

- химико-технологические системы (ХТС);

- основные химические производства.

Основной формой изучения курса является самостоятельная работа с рекомендуемой литературой. Кроме того, студенты слушают обзорные лекции, выполняют контрольную работу, предусмотренные лабораторные и практические занятия, а также курсовую работу (направление «ХМТН»). Выходной контроль экзамен

Сроки выполнения контрольных работ, курсовой работы и итоговой отчетности определяются учебным планом-графиком.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Соколов, Р.С. Химическая технология: учебное пособие / Р.С. Соколов. –Т.1, 2. –М: ВЛАДОС, 2000.

2. Абалонин Б. Е. Основы химических производств: учеб. / Б. Е. Абалонин, И. М. Кузнецова, X. Э. Харламниди. – М.: Химия. – 2001. – 472 с.

3. Общая химическая технология и основы промышленной экологии / В.И.Ксензенко [и др.]. – М.: КолосС, 2003. – 328с.

Дополнительная

4. Основы химической технологии / Под ред. И.П. Мухленова. – М: Высшая школа, 1991.

5. Кутепов A.M., Бондарева Т.Н., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. – М.: Высшая школа, 1990.

6. Кутепов A.M., Бондарева Т.И., Керенгартен М.Г. Общая химическая технология. – М.: Высшая школа, 1984.

7. Общая химическая технология / Под ред. И.П. Мухленова: В 2 ч. – М.: Высшая школа, 1984.

8. Химико-технологические системы/Под ред. И П. Мухленова – Л: Химия, 1986.

9. Расчеты химико-технологических процессов/ Под ред. И.П. Мухленова.- Л.. Химия, 1984.

10.Аронская ОС. Сборник задач и упражнений по химической технологии и биотехнологии. –Минск: Университетское издательство, 1989.

11.Сборник задач по химической технологии/И.И. Беляева, В.А.Трофимов, М.ГО. Тихвинская и др. – М.: Высшая школа, 1982

12.Кафаров ВВ. Анализ и синтез химико-технологических систем. – М.: Химия, 1978.

13.Черножуков Н.И. Технология переработки нефти и газа. – М.: Химия, 1978.

14.Химия нефти и газа: Учеб . пособие /А.И. Богомолов и др. – М.: Химия, 1989.

15.Белоглазов И.Н., Муравьев. А.И. Интенсификация и повышение эффективности химико-технологических процессов. – М.; Химия, 1988.

16.Периодические издания: журналы «Химическая промышлен­ность», «Химическая технология», «Российский химический журнал», «Химия и технология воды», «Химия и технология топлив и масел».

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Раздел 1. Общие представления о химическом производстве

Тема 1. Развитие химической промышленности

Динамика и масштабы производства основных продуктов химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности в современных условиях. Роль химической технологии в решении проблем охраны окружающей среды. Перспективные направления развития химической техники и технологии.

Литература:[1-7, 13,16].

Вопросы для самопроверки

1. Назовите современные тенденции развития химической промышленности.

2. Дайте определения; «технология», «химическая технология», «способ производства».

3. Назовите важнейшие направления развития химической технологии.

Тема 2. Химическое производство (ХП)

Понятие о химическом производстве. Основные технологические компоненты ХП. Состав и иерархическая структура ХП. Технологические, имиисческие, эксплуатационные и социальные показатели ХП.

Литература: [1-7].

Вопросы для самопроверки

1. Назовите основные компоненты ХП.

2. Какие операции определяют состав ХП?

3. Дайте понятие иерархической структуры ХП.

4. Конкретизируйте критерии оценки эффективности производства.

Тема 3. Сырьевая и энергетическая подсистемы

Характеристика и классификация сырья. Основные тенденции сырьевой базы и сырьевые проблемы. Принципы и методы обогащения сырья

Использование воды в химической промышленности. Требования к качеству питьевой и промышленной воды. Промышленная водоподготовка.

Виды и источники энергии. Рациональное использование энергии. Основы энерготехнологии.

Литература: [l-7, 16].

Вопросы для самопроверки

1. Что такое безотходная и малоотходная технологии?

2. Приведите примеры комплексного использования сырья.

3. Обоснуйте необходимость обогащения сырья и выбор способа его осуществления.

4. Сформулируйте сущность теории флотационного обогащения, роль флотореагентов и приемы интенсификации процесса флотации.

5. Какие требования предъявляются к питьевой, умягченной и обессоленной воде?

6. Сравните химический и ионообменный способы умягчения воды.

7. Дайте характеристику способов обессоливания воды и их сравнительный анализ.

8. Назовите способы обеззараживания воды.

9. Назовите перспективные источники энергии и сырья.

10.В чем заключается сущность энерготехнологии?

Раздел 2. Теоретические основы химической технологии

Тема 1. Общие закономерности ХТП

Классификация ХТП по комплексу признаков. Основные стадии и технологические показатели ХТП. Скорости гомогенных и гетерогенных процессов и способы ее повышения.

Равновесие в ХТП. Принцип Ле Шателье. Качественная и количественная характеристика равновесных ХТП. Сдвиг равновесия под влиянием температуры, давления и концентрации реагентов.

Гомогенные ХТП. Закономерности их протекания. Влияние условий проведения на основные показатели химического процесса. Способы интенсификации гомогенных ХТП.

Гетерогенные ХТП. Фазовый состав системы, стадии и области протекания гетерогенных процессов. Влияние условий процесса на скорость превращения. Пути интенсификации гетерогенных процессов.

Промышленный катализ. Катализ как способ управления химической реакцией. Области применения промышленного катализа. Перспективы развития каталитических процессов. Сущность и механизм действия катализаторов, Основные стадии и кинетические особенности гомо- и гетерогенных каталитических процессов. Технологические характеристики твердых катализаторов. Приемы интенсификации гетерогенных каталитических процессов.

Высокотемпературные ХТП и способы их интенсификации. Крите­рии эффективности интенсификации ХТП.

Литература: [1-7, 15,16].

Методические указания

При изучении данной темы следует обратить внимание на те закономерности, с помощью которых можно управлять химическими процессами. При разработке ХТП основной задачей является обеспечение максимальной скорости превращения при минимальных затратах. Для решения этой задачи необходимо сдвинуть равновесие обратимой реакции в сторону образования имиивого продукта, обеспечить быструю подачу реагентов в зону реакции и их смешение, ускорить реакцию, быстро подать или отвести тепло. Студент должен четко представлять, от каких технологических факторов зависит скорость гомогенных, гетерогенных и каталитических ХТП, какие приемы использовались для интенсификации процессов, пр­текающих в диффузионной и кинетической областях, как применить зако­номерности для интенсификации конкретного ХТП.

Например, если химическая реакция протекает с уменьшением объ­ема, то, согласно принципу Ле Шателье, для сдвига равновесия в сторону готового продукта нужно повысить давление, но это усложняет и удорожа­ет аппаратурное оформление ХТП, поэтому необходимо подобрать опти­мальное давление с учетом экономического фактора. Если необходимо увеличить скорость химической реакции, то этого можно достичь путем повышения температуры или путем применения катализаторов, снижающих энергию активации реакции.

Следует обратить внимание, что один и тот же прием оказывает противоположное действие на технологический процесс. Так, при экзотермических реакциях снижение температуры приводит, с одной стороны, по принципу Ле-Шателье, к повышению равновесного выхода продукта, а с другой – к уменьшению скорости. Поэтому процесс ведут по линии оптимальных температур, достигая максимально возможного фактического выхода продукта.

Вопросы для самопроверки

1. Из каких стадий состоит ХТП? Каким требованиям должен удовлетворять ХТП?

2. Назовите основные классификационные признаки ХТП.

3. Охарактеризуйте процессы, протекающие в кинетической и имиисонной областях.

4. Для каких ХТП применим принцип Ле-Шателье?

5. Какие факторы влияют на состояние равновесия? Приведите конкретные примеры смещения равновесия под влиянием температуры, давления, изменения концентрации исходных реагентов и готовых продуктов.

6. Чем различаются формулы расчета скорости гомогенных и гетерогенных ХТП?

7. Как составляют кинетические уравнения простых и сложных реакций для расчета скорости?

8. Сформулируйте приемы увеличения скорости гомогенных и гетерогенных ХТП, протекающих в кинетической и диффузионной областях.

9. В чем заключается сущность уравнения Аррениуса?

10.Дайте понятие «энергия активации» и предложите способы ее уменьшения.

11.Какой температурный режим является оптимальным при проведении необратимых, обратимых эндотермических реакций?

12.Что такое катализ? Каково назначение катализатора? Какие технологические и экономические преимущества достигаются при использовании итализаторов?

13.Может ли катализатор сместить химическое равновесие?

14.Приведите известные теории катализа, примеры достижений в промышленном катализе.

15.Какие требования предъявляются к катализаторам?

16.Сформулируйте кинетические особенности гетерогенно – каталитических процессов.