Комплексные исследования химико-технологической системы производства стирола методические указания к лабораторному практикуму по курсу общей химической технологии Самара 2006




НазваниеКомплексные исследования химико-технологической системы производства стирола методические указания к лабораторному практикуму по курсу общей химической технологии Самара 2006
страница1/4
Дата публикации12.08.2013
Размер0.51 Mb.
ТипМетодические указания
zadocs.ru > Химия > Методические указания
  1   2   3   4


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО образования

«Самарский государственный

технический университет»

_________________________________________________________________________________

К а ф е д р а “Химическая технология и промышленная экология ”

КОМПЛЕКСНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА СТИРОЛА



Методические указания к лабораторному практикуму по курсу общей химической технологии



Самара 2006




Составители Б.Ю. Смирнов, Г.Я.Богомолова, С.П.Шкаруппа
УДК 66.01 (075.8)
^ Комплексные исследования химико-технологической системы производства стирола: Метод. указ. к лабораторному практикуму по курсу общей химической технологии / Самар. гос. техн. ун-т; Сост. Б.Ю. Смирнов, Г.Я.Богомолова, С.П.Шкаруппа – Самара, 2006. – 38с.
Рассматриваются основные этапы разработки химико-технологических систем на примере получения стирола. Студентам предлагается выполнить комплекс инженерных исследований, направленных на создание безотходного производства, начиная от физико-химических основ до синтеза технологической схемы.

Методические указания предназначены для студентов специальностей 280201, 240401, 240403, 240405 дневной и заочной форм обучения.
Табл.8 . Ил.4 Библиогр.: назв. 29

Печатается по решению редакционно-издательского совета СамГТУ

Целью комплексного лабораторного практикума по общей химической технологии и основам промышленной экологии является изучение и выполнение студентами основных этапов инженерной деятельности, направленной на создание химико-технологического производства на уровне проектных исследований.

Для изучения и разработки в качестве базового используется процесс каталитического дегидрирования этилбензола (ЭБ) с получением стирола (СТ). Однако предлагаемая структура практикума может быть рекомендована и для других химико-технологических систем (ХТС).

При разработке ХТС производства стирола четко выражаются все основные стадии создания новых химических производств – от изучения физико-химических основ процесса до синтеза технологической системы. Это позволит студентам глубже понять основные концепции и методологию разработки ХТС.

Таким образом, задача настоящего практикума – выполнить комплекс инженерных разработок, связанных с созданием ХТС получения стирола от выбора химической схемы процесса до синтеза безотходной по материальным и энергетическим потокам технологической схемы производства.

Всю предстоящую работу можно разделить на три части.

Первая часть – теоретическая. Она включает литературную проработку проблемы, выбор химической схемы получения стирола и термодинамический анализ выбранной реакции. Итогом является выбор параметров, рекомендуемых для проведения химического процесса.

1

Вторая часть работы – экспериментальная. Изучается процесс получения стирола на лабораторных установках с применением селективных катализаторов. Исследуется состав продуктов реакции, составляется материальный баланс и рассчитываются основные технологические характеристики процесса. Проводится сравнительный анализ экспериментальных и теоретически возможных показателей эффективности химического процесса.

Результатом обработки экспериментальных данных является кинетическое уравнение, необходимое в последующем для разработки промышленного реактора.

Третья часть – принятие проектных решений. В этой части работы студентами на базе данных, полученных в теоретических и экспериментальных исследованиях, синтезируется принципиальная схема безотходной технологии дегидрирования этилбензола. Обоснованно выбирается и рассчитывается промышленный реактор получения стирола.

Так, выполняя последовательно все стадии разработки, студенты приобретают навыки работы инженеров научно-исследовательских институтов, опытных заводов и проектных организаций.
^ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1. Литературная проработка. Предварительная

оценка химической схемы производства

Цель данного этапа – выбор сырья и химической схемы получения стирола, суммирование имеющихся данных по физико-химическим свойствам сырья и целевого продукта на основании анализа литературных данных [1-6].

Литературная проработка выполняется по контрольным вопросам раздела. Собранный материал оформляется персонально каждым студентом в виде реферата в рабочей тетради и докладывается на очередном семинаре. При составлении и оформлении реферата следует руководствоваться принятыми требованиями [7].

2

Контрольные вопросы к разделу 1.1.

  1. Свойства стирола и область применения его.

  2. Из каких видов сырья и по каким химическим схемам можно по-

лучить стирол?

3. Обосновать выбор процесса каталитического дегидрирования этилбензола в качестве основного промышленного способа получения стирола.

4. Физико-химические свойства этилбензола и источники первичного сырья для его производства.
^ 1.2. Термодинамический анализ реакции

дегидрирования ЭБ
Целью термодинамических исследований является качественная и количественная оценка влияния температуры, давления и исходного состава реагентов на равновесие химических реакций, прогнозирование предельной эффективности процессов.

Качественную оценку можно выполнить на базе стехиометрического уравнения и знака теплового эффекта (правило Ле-Шателье). Такая оценка позволяет качественно определить направление смещения равновесия при изменении температуры, давления и концентраций. Количественную оценку выполняют расчетами, в основе которых лежат законы термодинамики.

Разработка каждого химико-технологического процесса определяется, в первую очередь, принципиальной возможностью его осуществления в тех или иных случаях, которые обусловлены знаком и величиной характеристической функции. Любую из этих функций в соответствующих условиях можно использовать в качестве критерия самопроизвольности и направленности процесса перехода систем из одного состояния в другое.

В практике химико-технологических исследований в качестве такого количественного критерия используется стандартное значение изобарно-изотермического потенциала. Это связано с тем, что химические процессы, в основном протекают при постоянных температуре и давлении, когда изоля-

3

ции системы не требуется. Именно температура и давление в момент равновесия становятся равными во всех фазах системы.

Для термодинамического анализа системы, составления уравнений теплового баланса и инженерных расчетов необходимо иметь данные по тепловому эффекту реакции. Методы расчета энтальпии и энергии Гиббса, известные студентам из курса физической химии, приведены в работах [8-11]. В данном разделе эти характеристики определяются по известным значениям термодинамических функций отдельных компонентов для заданных температур (приложения, табл. 1.2).

Количественная оценка равновесия химических процессов сводится к решению прямой термодинамической задачи. В качестве математического описания используется закон действия масс – уравнение константы равновесия реакции. В результате его решения определяется экстенсивная степень полноты реакции, равновесный состав продуктов и равновесная степень превращения сырья. Последовательность количественного термодинамического анализа единичной реакции приведена в табл. 1.1

Для расчета равновесия сложной химической схемы с учетом побочных превращений необходимо решить систему уравнений констант равновесия целевой и побочных реакций:

Кpi=(Pji)ji.

В этом случае равновесный состав для всех компонентов системы выражается уравнением:

N*j = Noj + X*i,

где n – число реакций.

По заданию преподавателя студентами выполняются расчеты изобарно-изотермических потенциалов побочных реакций (деалкилирование, деструктивный гидрогенолиз этилбензола и др.), проводится сравнение их с изобарным потенциалом целевой реакции по графику зависимости от

4

Таблица 1.1.

^ Последовательность расчета равновесных характеристик

для единичной реакции



эта-па

Определяе-мая величина


Расчетная формула


Примечание

1

Тепловой эффект реакции

= (1.1)

Расчети Кр выполнить для всех температур. Результаты расчета занести в табл. 3 приложения. Построить графики зависимостей

для всех температур.

При расчетах учесть, что для продуктов и для реагентов.

Для расчета равновесной степени полноты реакции (X*) уравнения типа (1.6) подставить в выражение (1.7), привести его к каноническому виду и найти действительные корни полученного уравнения. Учесть, что X* изменяется от 0 до концентрации лимитирующего компонента. Построить графики зависимостей x*об=f(T,N0H2O) при P=const. Результаты занести в табл.4 (приложения).


2

Энергия Гиббса реакции

= (1.2)

3

Логарифм константы равновесия

(1.3)

4

Равновесный состав для всех компонентов системы

(1.4)

5

Суммарное число

молей системы

(1.5)


6

Парциальное давление для всех компонентов системы

Pj* = (1.6)

7

Константа равновесия системы

Kp = (1.7)

8

Равновесная степень превращения

сырьевого компонента

χ*эб = (1.8)

5

температуры. По имеющейся на кафедре программе на ЭВМ проводится количественный термодинамический анализ сложной химической схемы – целевой реакции дегидрирования с учетом побочных превращений.

При формировании выводов по результатам расчета и графических построений необходимо определить в выбранных условиях ожидаемую оптимальную область варьирования переменных (исходного состава, температуры, давления) для составления стратегии экспериментальных исследований.
Контрольные вопросы к разделу 2.1.2
1. Критерии оценки равновесия и самопроизвольности протекания химических реакций.

  1. Методы расчета энергии Гиббса реакции.

  2. Связь энергии Гиббса с константой равновесия (уравнение изотермы).

  3. Порядок расчета равновесного состава реакционной смеси при протекании простой реакции и в сложном процессе.

  4. Понятие лимитирующего и ключевого компонентов.

  5. Сущность качественного и количественного термодинамического анализа полноты реакции при воздействии на рассматриваемую систему различных факторов.

  6. Исходя из определений степеней полноты реакций и превращения, что, если N0,эб = 1, то X* = x*эб.


  1. ^ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ПРОЦЕССА ДЕГИДРИРОВАНИЯ ЭТИЛБЕНЗОЛА
2.1 Постановка задачи эксперимента
Любой промышленный химический процесс имеет целью экономически целесообразное производство товарного продукта из исходного сырья. Он состоит из нескольких последовательных стадий (рис. 1).


6




Подготовка Химические Выделение

Исходные сырья. превращения товарного Целевой

материалы Физические сырья продукта. продукт

процессы Физические

процессы



Рецикл сырья
Рис. 1. Схема типового химико-технологического процесса
Химическая стадия является самой важной частью процесса, определяющей его экономичность. Физические операции (подготовка сырья, разделение, очистка продуктов и т. д.) служат для обеспечения эффективного функционирования основного элемента аппаратурного оформления любой ХТС – реактора. При расчете и проектировании химического реактора необходимо ответить на два вопроса:

  1. какой максимальный выход может быть получен в условиях, принятых для проведения реакции?

  2. как быстро можно достигнуть этого максимального выхода?

Расчет степени превращения по термодинамическим данным позволяет определить теоретический максимально возможный выход стирола, не давая, однако, никакой информации о скорости реакции. Такие расчеты относятся к условиям, когда результирующая скорость равна нулю. Чтобы промыш-

ленный процесс был экономичен, время его проведения должно быть ограничено. Чем оно короче, тем большее количество исходных веществ может быть переработано установкой или тем меньшие размеры должно иметь оборудование, предназначенное для получения заданного количества продукта. Поэтому инженеру-химику, разрабатывающему реактор, в котором будет проводиться химическая реакция в промышленном масштабе, необходимо знать кинетику процесса. Кинетическое уравнение позволяет обосновать выбор реактора и рассчитать его оптимальные технологические и конст-

7

руктивные параметры.

Для составления кинетических уравнений широко используются аналитические методы. К ним относятся методы А.А. Баландина, маршрутов, линейных последовательностей, стационарных концентраций, адсорбционных изотерм, построения кинетических моделей с применением теории графов и другие [13,14]. Эти методы основаны на глубоком знании механизма реакций. Однако выяснение механизма является более сложной задачей, чем нахождение кинетического уравнения. Поэтому с целью сокращения сроков разработки технологии новых и усовершенствования действующих химических производств в проектных работах часто используются статистические методы. Основная задача при этом сводится к построению статистической модели в виде уравнения регрессии и его анализу.
  1   2   3   4

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Комплексные исследования химико-технологической системы производства стирола методические указания к лабораторному практикуму по курсу общей химической технологии Самара 2006 iconМетодические указания к лабораторному практикуму по дисциплине: «Материаловедение....
Методические указания к лабораторному практикуму для всех специальностей по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных...

Комплексные исследования химико-технологической системы производства стирола методические указания к лабораторному практикуму по курсу общей химической технологии Самара 2006 iconМетодические указания к лабораторному практикуму по дисциплине: «Материаловедение....
Методические указания к лабораторному практикуму для всех специальностей по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных...

Комплексные исследования химико-технологической системы производства стирола методические указания к лабораторному практикуму по курсу общей химической технологии Самара 2006 iconМетодические указания к контрольным заданиям по дисциплине «Химия»
Учебные занятия студентов-заочников по курсу химии состоят из изучения материала по учебникам или учебным пособиям, выполнения контрольных...

Комплексные исследования химико-технологической системы производства стирола методические указания к лабораторному практикуму по курсу общей химической технологии Самара 2006 iconМетодические указания по лабораторному практикуму Цель лабораторного практикума
Даются методические указания и практические рекомендации, обеспечивающие успешное выполнение работ студентами. Для предварительной...

Комплексные исследования химико-технологической системы производства стирола методические указания к лабораторному практикуму по курсу общей химической технологии Самара 2006 iconМетодические указания по организации и прохождению производственных...
Методические указания предназначены для студентов специальности 1-40 01 01 «Программное обеспечение информационных технологий», специализации...

Комплексные исследования химико-технологической системы производства стирола методические указания к лабораторному практикуму по курсу общей химической технологии Самара 2006 iconМетодические указания по выполнению раздела дипломного проекта «Проектирование...
Тип производства определяется на этапе выполнения технологической части проекта. Номенклатура и программа выпуска изделий – на основе...

Комплексные исследования химико-технологической системы производства стирола методические указания к лабораторному практикуму по курсу общей химической технологии Самара 2006 iconМетодическиЕ указаниЯ к выполнению курсового проекта для студентов...
Вычислительные машины и системы.: Методические указания./Ю. В. Калмыков/ Самар гос техн ун-т. Самара, 2007

Комплексные исследования химико-технологической системы производства стирола методические указания к лабораторному практикуму по курсу общей химической технологии Самара 2006 iconМетодические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине: «маркетинговые исследования»
Методические указания к выполнению курсовых работ по курсу «Маркетинговые исследования». Спб.: Спб гуап. 2010

Комплексные исследования химико-технологической системы производства стирола методические указания к лабораторному практикуму по курсу общей химической технологии Самара 2006 iconНадежность химико-технологических систем
Монография предназначена для разработчиков и создателей промышленных производящих систем, для проектировщиков, для специалистов по...

Комплексные исследования химико-технологической системы производства стирола методические указания к лабораторному практикуму по курсу общей химической технологии Самара 2006 iconМетодические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Интеллектуальные...
Нейронные сети [Текст]: метод указания к выполнению лаб работ по курсу «Интеллектуальные информационные системы» для студ. 4-го курса...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов