Раздел 3. Химические реакторы Тема 1. Общие сведения о химических реакторах (ХР).
Классификация и основные требования к химическим реакторам. ХР с идеальной структурой потоков в изотермическом режиме. Реакторы идеального вытеснения и полного смешения, сравнение их эффективности. Уравнение материального баланса реакторов идеального вытеснения (РИВ) и реакторов идеального смешения (РИС). Каскад реакторов. Аналитический и графический методы расчета числа реакторов в каскаде.
Химические реакторы с неидеальной структурой потоков.
Обзор конструкций химических реакторов.
Литература; [l – 7].
Методические указания
Одной из основных задач разработки промышленного химико-технологического процесса является выбор типа, конструкции и расчет имиического реактора, который является центральным аппаратом в технологической схеме. При изучении темы обратить внимание на взаимосвязь параметров процесса и режима работы реактора, характера распределения концентраций исходных реагентов, скорости процесса, степени превращения, типа химических реакторов, различающихся способом организации процесса, гидродинамическим режимом движения и перемешивания реагентов, температурным режимом в реакционном объеме.
В общем выбор реактора для осуществления технологического процесса определяется в первую очередь фазовым составом реагентов, характером превращения, обратимостью реакции, ее тепловым эффектом, необходимым режимом температур, давлением, видом катализатора и т. п.
Вопросы для самопроверки
1. Какие требования, предъявляемые к химическим реакторам, являются противоречивыми?
2. Проанализируйте достоинства и недостатки реактора периодического действия.
3. Сравните скорость процесса и время пребывания реагентов в РИВ и РИС.
4. Составьте уравнения материального баланса для периодического и проточного реактора идеального смешения.
5. Каковы основные причины отклонения от идеальности в реальных реакторах смешения?
0.Докажите преимущества каскада РИС перед единичным реактором.
Тема 2.Тепловые режимы ХР
Не изотермические процессы в ХР. Параметрическая чувствительность, профили температуры и концентрации Виды тепловых режимов ХР; тепловая устойчивость ХР. Оптимальный температурный режим и способы его осуществления. Литература: [l – 7].
Вопросы для самопроверки
1.Дайте определение параметрической чувствительности и тепловой устойчивости ХР.
2.В чем состоят различия в условиях теплообмена для изотермического и адиабатического режимов работы ХР?
3.Что такое «линия оптимальных температур''? От каких факторов зависит оптимальный температурный режим в ХР?
4.Как можно осуществлять процесс по линии оптимальных температур? Приведите примеры.
5.В чем заключаются достоинства и недостатки использования нестационарных режимов для приближения к линии оптимальных температур для осуществления обратимых эндотермических процессов? Типовые конструкции промышленных ХР.
Тема 3. Моделирование процессов в ХР
Математическое описание процессов в РИВ и РИС. Принципы системного подхода к химическим процессам и реакторам. Уравнения материального и теплового балансов РИВ и РИС. Литература: [1 -7].
Вопросы для самопроверки
1. Что такое математическая модель? Какие требования предъявляются к математической модели ХР?
2. В чем заключается метод моделирования?
3. В чем заключается иерархический принцип моделирования химических процессов и реакторов?
4. Почему балансовые уравнения составляют основу математической модели химического реактора?
Раздел 4. Химико-технологические системы (ХТС)
Тема 1. Структура и описание ХТС
Общие требования к ХТС, состав ХТС, элементы ХТС. Виды моделей ХТС. Типы технологических связей между – элементами ХТС, их назначение, характеристика. Типовые технологические операторы Разомкнутые и замкнутые ХТС.
Литература: [1-8, 12].
Методические указания
Любое химическое производство представляет последовательность трех основных стадий: подготовка сырья, собственно химическое превращение и выделение целевых продуктов. Эти три операции реализуются в виде единой сложной ХТС. Химико-технологические системы представляют совокупность физико-химических процессов и средств для их проведения с целью получения продукта заданного качества в требуемом количестве.
Исследование ХТС позволяет добиться наибольшего эффекта при оптимизации действующих и вновь проектируемых производств, т.к. элементы, составляющие ХТС, являются функционально взаимосвязанными.
Свойства системы зависят от параметров, характеристик и состояния элементов и структуры технологических связей между элементами.
Анализ ХТС состоит в изучении свойств, эффективности функционирования ХТС и включает технологический, технико-экономический, а также анализ устойчивости, надежности, безопасности работы. Сведения о материальных и тепловых нагрузках аппаратов системы, полученные при анализе ХТС, позволяют качественно оценить различные варианты и создать системы, в которых одновременно наилучшим образом используются сырье, энергия, оборудование.
Задачи синтеза ХТС заключаются в выборе основных технологических операций, структуры технологических связей, параметров технологического режима отдельных элементов и параметров показателей потоков функционирования всей ХТС для создания высокоэффективных производств.
Необходимо обратить внимание на следующие основные технологические концепции создания ХТС: глубина и полкота переработки сырья и вспомогательных материалов; минимизация энергетических и тепловых затрат, отходов; оптимальное использование оборудования.
Вопросы для самопроверки
1. Что такое ХТС?
2. Приведите классификацию моделей ХТС и их основные особенности.
3. Какие типы технологических связей существуют между элементами ХТС ?
4. Дайте определение технологической схемы. Что служит основой для ее разработки?
5. Обоснуйте преимущества замкнутых ХТС.
6. Какой эффект дает последовательное и перекрестное соединение ХР?
7. В каких случаях в химической технологии целесообразно применение схем с рециклом и байпасом?
Тема 2. Анализ, синтез и оптимизация ХТС
Понятие о синтезе ХТС. Пути создания высокоэффективных ресурсо- и энергосберегающих ХТС.
Анализ ХТС. Основные критерии эффективности ХТС. Расчет основных показателен. Методика составления и расчета материальных и тепловых балансов ХТС и ее подсистем. Энергетический и эксергитический балансы. КПД.
Литература: [1-8, 12].
Вопросы для самопроверки
1. Сформулируйте задачи синтеза в разработке химических производств.
2. В чем заключаются задачи анализа ХТС?
3. Что такое эксергия?
4. В чем заключается сущность зксергетического метода для исследования промышленных процессов?
5. Сравните физическую сущность энергетического и эксергетического КПД.
Раздел 5. Основные химические производства
|