Перечень вопросов для промежуточной аттестации по дисциплине «Теория химико-технологических процессов органического синтеза» для подготовки инженеров по направлению

Приложение В (справочное) Перечень вопросов для промежуточной аттестации по дисциплине «Теория химико-технологических процессов органического синтеза» для подготовки инженеров по направлению 240400 «Химическая технология органических веществ и топлива», специальность 240401 «Химическая технология органических веществ» Введение. Роль, задачи и предмет дисциплины «Теоретические основы химической технологии органических веществ». Химико-технологический процесс, его стадии. Химико-технологический процесс - это процесс получения целевого продукта начиная с этапа подготовки сырья и заканчивая выделением этого целевого продукта. Химико-технологический процесс складывается из трех стадий: 1) подвод реагентов в зону реакции при помощи абсорбции, адсорбции, конденсации паров, плавлением, растворением и др. (осуществляется, как правило, с использованием физических процессов (механических, гидромеханических, тепловых, массообменных)); 2) химические реакции - основа процесса (в ходе этого происходит глубокое изменение структуры, состава и свойств веществ, участвующих в нем); 3) отвод продуктов из зоны реакции за счет диффузии или перевода вещества из одной фазы в другую. Стадия выделения целевого продукта для большинства химических производств является необходимой. Технологический процесс, в котором достигается абсолютная селективность и 100% -ный выход целевого продукта, просто экономически невыгоден. Возрастают расходные коэффициенты, энергетические затраты, вследствие чего стоимость продукта резко возрастает, и тогда товар теряет своего потребителя. ^ Классификация химических реакций, лежащих в основе процессов химической технологии органических веществ. Условия химической реакции и химического процесса. Классификация химических реакций. Простые Сложные По механизму: Ионные Радикальные Поликонденсация Полимеризация По тепловому эффекту: Экзотермические Эндотермические По составу: Гомогенные Гетерогенные По длительности: Мгновенные Длительные Основная задача курса – выявление оптимальных условий для протекания химического превращения. Они определяются рядом технологических параметров: Условиями процесса (температура, давление, концентрация) Конструкцией реактора Гидродинамикой Условия проведения реакции и условие проведения процесса не являются тождественными. Например, условия протекания реакции определяются термодинамикой и кинетикой реакции. Из расчетов получаем оптимальную температуру Т = 2000 оС, но реальный процесс неосуществим, так как конструкционные материалы для реактора будут очень дорогими. Поэтому существует ряд ограничений на проведение процесса. К разработке новых химико-технологических процессов надо подходить поэтапно: 1. ^ Разработка химической концепции метода. а. Выбор исходных веществ и предполагаемая схема превращения. Из ряда схем необходимо выбрать наилучшую с учетом термодинамики, а также каких-то цифр по выходам (должны быть учтены энергозатраты). б. Проведение лабораторных исследований. Определяют кинетику, механизм, теплоемкость реакции. в. Обработка результатов эксперимента. Необходимо выявить зависимость между показателями процесса и технологическими параметрами (селективность, выход, конверсия). 2. ^ Разработка технологической концепции метода. а. Как доставить реагент в реактор? В какой фазе находятся реагенты? б. Удаление продуктов из реактора. в. Как выделить продукт в чистом виде из смеси с максимальным выходом? 3. ^ Выбор аппарата для проведения процесса. Выбор конструкции, конструктивных материалов, его размеры (объем), число реакторов в производственной цепочке. Резервные реактора. 4. ^ Составление уравнений материального и теплового балансов. Рассчитывают расходные коэффициенты по сырью, энергозатратам, вспомогательным материалам и т.д. 5. ^ Окончательный экономический анализ. Сравнивается стоимость изготовления целевого продукта по предложенной схемесо стоимостью продукта, полученного по традиционной схеме. Этапы разработки химико-технологического процесса. К разработке новых химико-технологических процессов надо подходить поэтапно: 1. ^ Разработка химической концепции метода. а. Выбор исходных веществ и предполагаемая схема превращения. Из ряда схем необходимо выбрать наилучшую с учетом термодинамики, а также каких-то цифр по выходам (должны быть учтены энергозатраты). б. Проведение лабораторных исследований. Определяют кинетику, механизм, теплоемкость реакции. в. Обработка результатов эксперимента. Необходимо выявить зависимость между показателями процесса и технологическими параметрами (селективность, выход, конверсия). 2. ^ Разработка технологической концепции метода. а. Как доставить реагент в реактор? В какой фазе находятся реагенты? б. Удаление продуктов из реактора. в. Как выделить продукт в чистом виде из смеси с максимальным выходом? 3. ^ Выбор аппарата для проведения процесса. Выбор конструкции, конструктивных материалов, его размеры (объем), число реакторов в производственной цепочке. Резервные реактора. 4. ^ Составление уравнений материального и теплового балансов. Рассчитывают расходные коэффициенты по сырью, энергозатратам, вспомогательным материалам и т.д. 5. ^ Окончательный экономический анализ. Сравнивается стоимость изготовления целевого продукта по предложенной схемесо стоимостью продукта, полученного по традиционной схеме. ^ Стехиометрия и материальные расчеты химической реакции. Расчет молярного материального баланса простых и сложных реакций, полнота реакции. Стехиометрия и материальные расчеты химических реакций Теория химико-технологических процессов органического синтеза – специальная дисциплина, которая изучает научные основы химико-технологических процессов основного органического и нефтехимического синтеза. Опирается на физическую химию, органическую химию; общую химическую технологию; процессы и аппараты; кинетику и катализ, высшую математику. Химико-технологический процесс – сочетание связанных в определенной последовательности механических, физических, физико-химических и химических операций с целью получения сырья готовой продукции – ХТП. I и III стадии представляют собой набор механических, физических или физико-химических процессов. Механические: измельчение, смешивание, дробление и т.д. Физические: диффузия, испарение, конвекция и т.д. Физико-химические: растворение, адсорбция, десорбция и т.д. i – компонент; j – реакция; ni – количество вещества в периодических реакторах. Если процессы непрерывные, то используют мольный поток: Реакция в общем виде: υАА + υВВ → υYY + υZZ Уравнение материального баланса в общем виде. A B Y Z Начало реакции τ = τ0 nA0 nB0 nY0 nZ0 Текущее время τ = τр nA nB nY nZ Израсходовано/ образовалось nA0 - nA = -(nA - nA0) nB0 - nB = -(nB - nB0) nY – nY0 nZ – nZ0 Стехиометрический коэффициент υi υA υB υY υZ Существует правило, что υA и υB имеет отрицательные знаки (идет расход), а υY и υZ – положительные. |υi| – ? |υA| = – υA |υY| = υY Материальная запись закона, что вещества вступают в реакцию в соответствии с их стехиометрическими коэффициентами. n – полнота протекания реакции. Она всегда положительная и инвариантна относительно участников реакции. Для непрерывных процессов: – полнота протекания реакции. ^ Стехиометрическая матрица и определение числа стехиометрически независимых превращений. Ключевые вещества. Стехиометрически независимая реакция: C2H5OH C2H4 + H2O 2 C2H5OH (C2H5)2O + H2O (C2H5)2O C2H4 + C2H5OH При определении стехиометрически независимых реакций необходимо отбросить те реакции, которые получаются в результате комбинации, то есть сложения, вычитания, умножения или деления стехиометрических множителей (коэффициентов других реакций). Третья реакция не является независимой, так как её можно получить умножением стехиометрических коэффициентов на -1 из второй реакции. Если вычесть из первой реакции вторую, что получим: C2H5OH - 2 C2H5OH → C2H4 + H2O - (C2H5)2O - H2O - C2H5OH → C2H4 - (C2H5)2O (C2H5)2O → C2H4 + C2H5OH То есть, для данной реакции R = 2. ^ Правило: если в реакции получилось новое вещество, то оно должно быть стехиометрически независимой. Реакция 1 2 3 4 C2H5OH -1 -2 2 1 C2H4 1 0 0 1 (C2H5)2O 0 1 -1 -1 H2O 1 1 -1 0 Таблица – матрица. Нахождение ранга матрицы – математическая задача. ^ Ранг матрицы равен R. После расчета R и числа независимых реакций, необходимо найти ключевые вещества. Ключевое вещество должно удовлетворять требованиям: В каждой независимой реакции должно участвовать хотя бы одно ключевое вещество. В тоже время ключевое вещество, желательно, должно участвовать в одном или минимальном количестве уравнений. Ключевые вещества должны легко определяться экспериментально. Ключевое вещество должно участвовать только в одной реакции или в минимальном числе реакций. Должно легко аналитически определяться. Парциальные молярные материальные балансы. Показатели химико-технологических процессов. Парциальные молярные балансы Парциальные молярные балансы рассчитываются на 1 моль основного исходного компонента А. Для того, чтобы рассчитать баланс введем обозначения: , где - начальное мольное количество i-го компонента; - начальное мольное количество компонента А. Для непрерывного процесса: Разделим на следующее уравнение: Получим: Для непрерывного процесса имеем: Показатели химико-технологического процесса и показатели химического производства 4 группы показателей: 1. Технические и технологические показатели. Производительность производства. Расходные коэффициенты. Степень превращения или конверсия. Селективность реакции. Выход продукта. 2. Экономические показатели. Себестоимость продукции. Производительность труда. Удельные капитальные затраты. Качество продукта. Прибыль. 3. Эксплуатационные показатели. Надежность производства Безопасность. Степень автоматизации и механизации. Чувствительность к изменению режима. Управляемость и регулируемость. 4. Социальные показатели. Безвредность производства. Экологическая безопасность. Доля ручного труда.

Похожие:

	Примерный перечень вопросов для подготовки к промежуточной аттестации (экзамену)		Перечень вопросов к экзамену по дисциплине Источники сырья для промышленности органического синтеза и важнейшие продукты отрасли
	Российской Федерации Федеральное государственное казённое образовательное... Перечень вопросов для подготовки к промежуточной аттестации (зачету и экзамену) по дисциплине «Административная деятельность полиции»...		Примерный перечень вопросов для подготовки к промежуточной аттестации (экзамену) Особенности возникновения государства и права в странах Древнего Востока. Восточная деспотия
	Закон: понятие и виды Перечень вопросов для подготовки к итоговой государственной аттестации по направлению «Юриспруденция»		Технологические процессы и производства Конспект лекций предназначен для студентов дневной и заочной форм обучения по направлению подготовки специальности 220301. 65  «Автоматизация...
	Перечень вопросов для подготовки к экзамену по дисциплине Основополагающие теории финансового менеджмента (Теория портфеля Г. Марковица и Теория структуры капитала Модильяни и Миллера)		Надежность химико-технологических систем Монография предназначена для разработчиков и создателей промышленных производящих систем, для проектировщиков, для специалистов по...
	Задачи, функции и принципы уголовного права. Понятие науки уголовного... Перечень вопросов для подготовки к итоговой государственной аттестации по дисциплине		Репетиционные тесты по химии учебное пособие Учебное пособие предназначено для подготовки студентов ргупс к промежуточной и итоговой аттестации по общей химии, проводимой в тестовой...