Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


”ровни анализа, описани€ и расчета ’“ѕ




“ема 1.3 ќсновные характеристики химико-технологических процессов.

ѕроцессы переработкисырь€ в химические продукты стрем€тс€ вести в экономически выгодных (оптимальных) услови€х, обеспечивающих малый расход сырь€ на единицу готовой продукции, получение дешевого и высококачественного продукта, большую скорость течени€ технологического процесса. Ѕез знани€ закономерностей, которым подчин€ютс€ химические процессы, невозможно управл€ть современным технологическим производством, экономически выгодно производить химическую продукцию.

ѕри строительстве новых заводов эти знани€ помогают выбрать рациональную схему технологического процесса: т.е. наметить последовательность отдельных стадий производства, определить конструкции аппаратов и рассчитать их основные размеры, установить режим работы и методы контрол€ и т.д.

 

ѕон€тие о химико-технологическом процессе

 

¬ процессе химического производства исходные вещества (сырье) перерабатываютс€ в целевой продукт. ƒл€ этого необходимо осуществить р€д операций, включающих подготовку сырь€ дл€ перевода его в реакционно-способное состо€ние, собственно химическое взаимодействие компонентов сырь€ и заключительную обработку полученной реакционной смеси. ѕри этом используютс€ помимо основных химических процессов различные физические процессы: перемешивание, смешение, разделение, измельчение и т.д.

’имико-технологическим процессом (’“ѕ) называетс€ сочетание св€занных друг с другом и проводимых в определенной последовательности химических, физико-химических, физических и механических операций с целью получени€ из сырь€ готового продукта. ¬ общем случае ’“ѕ состоит из трех взаимосв€занных элементарных процессов:

1. ѕодготовка сырь€ к химической переработке.

ј ¢Ѓ ј

2. ’имическое превращение подготовленного сырь€ в продукты реакции по двум схемам:

 

јЃ ¬, јЃ ƒ, или ↕¬

јЃ

↕ ƒ

¬ реакционной смеси обычно происходит несколько последовательных реакций, привод€щих к образованию основного (целевого) продукта и р€д побочных реакций, привод€щих к образованию побочных продуктов. ќбычно при анализе производственных процессов учитываютс€ не все реакции, а те, которые имеют вли€ние на количество и качество основных продуктов.

3. ¬ыделение целевого продукта из реакционной смеси и его очистка.

¬Ѓ ¬¢ и ƒЃ ƒ¢

3 —“јƒ»я
2 —“јƒ»я
1—“јƒ»я
ј ¬+ƒ ¬¢

ј' ј¢ Ѓ

Ģ

–ис.1.3.1 ѕринципиальна€ схема ’“ѕ

ј¢ Ц сырье до подготовки, ј Ц подготовленное сырье, ¬+ƒ Ц реакционна€ смесь, ¬¢ Ц выделенный целевой продукт, ƒ¢ Ц побочный продукт,

“аким образом, из трех стадий ’“ѕ перва€ и треть€ представл€ют физические процессы, втора€ Ц химический процесс. ќбща€ скорость технологического процесса может лимитироватьс€ скоростью одной из трех стадий.  ак правило, эти элементарные процессы протекают с различной скоростью. ѕоэтому обща€ скорость процесса лимитируетс€ скоростью наиболее медленной стадии.

Ёффективность осуществлени€ ’“ѕ требует соблюдени€ некоторых условий. ѕоэтому дл€ каждого ’“ѕ разрабатываетс€ технологический режим.

“ехнологическим режимом называетс€ совокупность параметров, обеспечивающих устойчивое и максимально эффективное проведение ’“ѕ.

ѕараметром технологического режима называют величину, характеризующую какое-либо устройство или режим работы аппарата, используемую в качестве основного показател€ их действи€. ѕараметр Ц величина количественна€ и используетс€ дл€ количественной оценки процесса.   основным параметрам ’“ѕ относ€тс€: температура, давление, концентраци€ реагентов, интенсивность катализатора, врем€ контактировани€ реагентов, объемна€ скорость потока реагента, сила тока и т.д. ќптимальные услови€ проведени€ ’“ѕ достигаютс€ таким сочетанием его основных параметров, при котором обеспечиваетс€ наибольший выход целевого продукта с высокой скоростью и наименьшей себестоимостью. ѕараметры технологического процесса определ€ют принципы конструировани€ соответствующих реакторов. ’арактер и значени€ параметров технологического режима положены в основу классификации ’“ѕ.

ќднако все параметры взаимосв€заны. «начительное изменение одного из них влечет за собой резкое изменение других. ѕоэтому выбираютс€ параметры, оказывающие решающее вли€ние.

’имические реакции составл€ют основу ’“ѕ. ’имические реакции подраздел€ютс€:

1) ѕо фазовому (агрегатному) состо€нию взаимодействующих веществ: гомогенные (однородные), гетерогенные (неоднородные). √омогенными системами называютс€ такие системы, в которых все взаимодействующие вещества наход€тс€ в одной какой-либо фазе Ц √, ∆, “. Ќапример, окисление Nќ в Nќ2 €вл€етс€ однородным гомогенным процессом, протекающим в газовой фазе.

Nќ(г) +ќ2 (г)↔2 Nќ2 (г)

√етерогенные системы включают 2 или большее количество фаз: √-∆, √-“, ∆-∆ (не смешиваютс€) ∆-“. ¬о всех гетерогенных системах имеетс€ поверхность раздела фаз. Ќапример, поглощение серного ангидрида Sќ3 водой с образованием серной кислоты Ќ24 протекает по реакции:

3 (г)+Ќ2ќ(ж) ↔ Ќ24 (ж)

¬ гетерогенных многофазных системах во взаимодействии могут находитьс€ вещества в газообразном, жидком и твердом состо€нии.

¬ гомогенных системах реакции происход€т обычно быстрее, чем в гетерогенных; механизм всего процесса проще, управление процессом легче, поэтому технологи стрем€тс€ к гомогенным процессам. √етерогенные процессы более распространены в промышленности.

2) ѕо механизму взаимодействи€ реагентов: на гомолитические (окислительно-восстановительные) и гетеролитические (кислотно-основные).

3) ѕо протеканию во времени: на обратимые и не обратимые. ќбратимыми называютс€ такие реакции, в которых получаемые в результате взаимодействи€ исходных веществ продукты начинают реагировать между собой, вновь образу€ исходные вещества

N22 ↔ NЌ3 +Q

ѕрактически необратимыми называют реакции, в которых равновесие при определенных услови€х почти полностью смещаетс€ в сторону образовани€ продуктов реакции.

S +ќ2 →Sќ2 + Q

4) ѕо знаку теплового эффекта: на экзотермические Ц реакции, идущие с выделением тепла и эндотермические Ц реакции, идущие с поглощением тепла. Ќапример, синтез аммиака N22 ↔ NЌ3 +Q Цэкзотермический процесс; получение окиси азота N22 ↔2Nќ Ц Q Ц эндотермический процесс.

5) ѕо использованию катализатора: на каталитические и не каталитические.

7)ѕо значению температур: на низкотемпературные и высокотемпературные.

7) ѕо типу контакта реагентов в гетерогенной системе.

8) ѕо виду реакции: на простые (одностадийные) и сложные (многостадийные). ѕростыми называютс€ реакции дл€ осуществлени€ которых требуетс€ преодоление только одного энергетического барьера. —ложные реакции включают в себ€ несколько последовательных или параллельных реакций.

Ѓпростые јЃ¬

’имические реакции Ѓ≠ Ѓпоследовательные јЃ¬Ѓƒ

ЃсложныеЃ≠ Ѓ¬

¯Ѓпараллельные јЃ≠

Ѓƒ

ƒл€ исследовани€ ’“ѕ наибольшее значение имеет классификаци€ реакций по фазовому состо€нию системы, по услови€м протекани€, по типу контактов и по наличию катализатора. »менно от типа химической реакции зависит выбор конструкции аппаратов и параметры технологического режима.

Ќа конструкцию аппаратов и скорость процессов сильно вли€ет способ и степень перемешивани€ реагентов. ¬ свою очередь способ и интенсивность перемешивани€ реагирующих масс зависит от агрегатного состо€ни€ последних. »менно агрегатное состо€ние реагирующих веществ определ€ет способы их технологической переработки и принципы конструировани€ аппаратов. ѕоэтому прин€то делить процессы и соответствующие им аппараты, прежде всего, по агрегатному состо€нию взаимодействующих веществ. ѕо этому признаку все системы взаимодействующих веществ и соответствующие им технологические процессы дел€тс€ на гомогенные (однородные) и гетерогенные (неоднородные).

≈сли реагенты перед вступлением в реакцию хорошо перемешать, то скорость гомогенных процессов определ€етс€ скоростью непосредственно химического превращени€ веществ. ¬ гетерогенных процессах химические реакции обычно сопровождаютс€ чисто физическими промежуточными стади€ми, которые определ€т или вли€ют на наблюдаемую скорость процесса. ¬ простейшем случае при протекании гетерогенного химико-технологического процесса можно выделить два элементарных процесса: диффузию веществ, наход€щихс€ водной фазе, к поверхности раздела фаз или от нее и химическую реакцию внутри одной из фаз. ¬ зависимости от того, какой из элементарных процессов Ц диффузи€ или реакци€Ц определ€ет скорость ’“ѕ, последние раздел€ют по области протекани€. Ќапример, если определ€ющее значение на скорость ’“ѕ оказывает скорость диффузии, то говор€т о химико-технологических процессах, протекающих в диффузионной области; если скорость ’“ѕ определ€етс€ скоростью химической реакции, то процесс протекает в кинетической области. ћетоды и приемы интенсификации ’“ѕ, протекающих в диффузионной и кинетической област€х, совершенно различны. «нание области протекани€ процесса особенно важно дл€ анализа гетерогенно-каталитических процессов и управлени€ ими.

”ровни анализа, описани€ и расчета ’“ѕ.

—ложный химико-технологический процесс представл€ет собой совокупность элементарных физических, физико-химических и химических процессов. „исло элементарных процессов, их характеристики и последовательность определ€ют структуру ’“ѕ в целом. ¬ подавл€ющем большинстве практических случаев структура ’“ѕ сложна и очень трудно правильно выбрать технологический режим их проведени€. ƒействительно кажда€ реакци€ характеризуетс€ своим типом вли€ни€ основных параметров Ц температуры, давлени€, концентрации.

 роме того, реакции сопровождаютс€ массообменом, выделением или поглощение теплоты и соответствующим теплообменом. »зучение ’“ѕ с целью выбора рациональных технологических режимов и управлени€ ими провод€т не в сложной совокупности элементарных процессов, а по част€м (по уровн€м). ”ровень Ц это простые составл€ющие протекающего сложного процесса. »менно уровневый подход дает возможность наиболее правильного и быстрого выбора технологических режимов сложных ’“ѕ и управлени€ ими. “аким образом, анализ и описание ’“ѕ провод€т последовательно с учетом уровн€ протекани€ процесса.

ћолекул€рный уровень предполагает описание процессов как молекул€рное взаимодействие реагирующих веществ. ѕринимают, что реагирующие вещества хорошо перемешаны и их молекулы могут беспреп€тственно вступать во взаимодействие друг с другом. ѕротекание ’“ѕ описываетс€ закономерност€ми кинетики химических реакций. ѕри описании, анализе и расчете протекани€ химических реакций как элемента ’“ѕ используют известные кинетические закономерности без вскрыти€ механизма реакции. ѕоэтому говор€т, что протекание процесса провод€т на €зыке формальной кинетики. ¬ простейшем случае эти закономерности можно использовать дл€ описани€ гомогенных процессов, когда реагенты, вступающие в реакцию, хорошо предварительно перемешаны, а также дл€ гетерогенных процессов, протекающих в кинетической области в аппаратах периодического действи€.

Ќа уровне малого объема описываетс€ протекание гетерогенных процессов дл€ малого объема взаимодействующих фаз, например дл€ частицы твердого материала, реагирующего с газом или жидкостью, зерна катализатора, пузырьки газа, поднимающегос€ в жидкости, капли жидкости, омываемой газом и др. Ќеобходимость рассмотрени€ процессов на этом уровне св€зана с тем, что дл€ анализа и расчета гетерогенных процессов знани€ закономерностей протекани€ только химических реакций в большинстве случаев недостаточно. Ёти закономерности необходимо дополнить закономерност€ми протекани€ физических процессов переноса массы и теплоты. —овместное протекание химических реакций и процессов переноса теплоты и массы описываетс€ закономерност€ми макрокинетики.

”ровень потока рассматривает протекание процесса на совокупности твердых частиц, капель жидкости, зерен катализатора и других разновидност€х 2малого объемаї, наход€щихс€ в потоке реагирующих веществ. ”читываютс€ эффекты, св€занные с характером движени€ потоков, изменением температур и концентраций в различных участках реакционного объема. ƒл€ гетерогенных процессов закономерности их протекани€ в малом объеме дополн€ютс€ закономерност€ми изменени€ концентрации и температур по длине реакционной зоны, через которую проходит поток.

”ровень реактора учитывает конструктивные особенности реакционных зон, их число, взаимное расположение, соотношение технологических показателей процесса при прохождении потока из одной реакционной зоны в другую.

”ровень химико-технологической системы (’“—) учитывает взаимные св€зи между реакторами, теплообменниками, смесител€ми и другими аппаратами, используемыми дл€ переработки сырь€ в конечные продукты.

 





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-05-08; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 3164 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

Ћогика может привести ¬ас от пункта ј к пункту Ѕ, а воображение Ч куда угодно © јльберт Ёйнштейн
==> читать все изречени€...

520 - | 533 -


© 2015-2023 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.013 с.