Второй этапэтих расчетов - если А превращается в R, то на какую глубину. Т.е. изучает равновесие этой системы - статику

Первый этапэтих расчетов - установление термодинамической вероятности всех химических реакций, лежащих в основе данного производства. Т.е. пойдет ли реакция слева направо (песок с водой) - термодинамика

Третий этап расчетов - Если статистические показатели устраивают технолога, то далее исследуют, с какой скоростью U наступает равновесие - динамика.

Четвертый этап этих расчетов: изучают, при каких условиях технологического режима (t, р, с) сырье переходит в целевой продукт A → R.

Пятый этап расчетов. Аппаратурное оформление XТП.

^ Шестой этап расчетов. Материальный и тепловой баланс.

Природное сырье обозначают буквой А (руда, минерал), целевой продукт – R.

Поскольку в технологических процессах обычно участвует не один, а несколько видов природного сырья, то пишут:

(1)

где - побочный продукт.

Начинаем с того, пойдет ли реакция вообще или нет.

О термодинамической вероятности протекания химической реакции можно судить по изменению (изобарно-изотермического потенциала) ΔG - энергии Гиббса.

Для теоретического расчета ΔG используют уравнение

(2)

где и – число молей и изменение энергии Гиббса i -го компонента, соответственно. Например, для модельной реакции (1) уравнение (2) запишется так:

(3)

При экспериментальном определении применяют уравнение

(4)

где - тепловой эффект (энтальпия) реакции; - изменение энтропии; его находят по разности между энтропией конечных продуктов и исходных веществ, т.е.

(5)

Для модельной реакции (1) уравнение (4) запишется в виде

(6)

Значения стандартных энергий Гиббса образования большинства химических соединений сведены в таблицы термодинамических свойств и приводятся в справочной литературе. Порядок и знак величины позволяют качественно оценить положение равновесия исследуемой реакции. Если то равновесие сдвинуто вправо, выход продукта велик и наоборот [Кутепов, с.30-35].

2.
^ Химико-технологический процесс (ХТП) и его содержание. Лимитирующие стадии. Процессы, протекающие в кинетической, диффузионной и переходной областях.

Химико-технологический процесс представляет собой совокупность физических и химических операций, предназначенных для переработки исходного сырья в целе­вой продукт. Некоторые из этих операций необходимы для подготовки исходных реагентов к переработке, перевода их в наиболее реакционноспособное состояние (очистка, обогащение, измельчение, нагревание исходного сырья и т.п.).

Подготовленные соответствующим образом реагенты подвергают химиче­ской переработке, включающей, как правило, несколько стадий. В результате этих процессов получают смесь продуктов (целевых и побочных) и непрореагировавших реагентов. Заключительные операции связаны с разделением этой смеси, для чего вновь применяют гидромеханические, тепло- и массообменные процессы, напри­мер, абсорбцию, экстракцию, ректификацию, фильтрование, центрифугирование и т.д.

Непрореагировавшее сырье вновь возвращают в систему, организуя его ре­цикл.

Таким образом, химико-технологический процесс (ХТП) представляет собой сложную систему, состоящую из единичных, связанных между собой операций. Анализ единичных элементов (операций) и их взаимного влияния позволяет раз­работать технологический режим - совокупность параметров (Р, t, С и т.д.), опре­деляющих условия работы аппарата или темы аппаратов. Единичные процессы протекают в различных аппаратах и реакторах, соединенных в технологическую линию. Разработка и внедрение эффективно функционирующей технологической схемы - важная задача химической технологии.

Химико-технологический процесс складывается, как правило, из следующих взаимосвязанных элементарных стадий:

1.
подвода реагирующих компонентов в зону реакции;

2.
химических реакций,

3.
отвода образовавшихся продуктов из реакционной зоны.

Первая и третья стадии совершаются молекулярной диффузией или конвек­цией, а вторая стадия - химические реакции. В реагирующей смеси обычно проис­ходит несколько последовательных (или параллельных) химических реакций, при­водящих к образованию основного (целевого) продукта, а также ряд побочных ре­акций между основными исходными веществами и примесями, наличие которых в исходном сырье неизбежно. В результате, кроме основного образуются побочные продукты и отходы производства. Обычно при анализе производственных процес­сов учитываются не все реакции, а лишь те из них, которые имеют определяющее влияние на количество и качество получаемых целевых продуктов. Общая (суммарная) скорость химико-технологического процесса есть результирую­щая скоростей перечисленных элементарных стадий, протекающих, как правило, с различной скоростью и последовательно.

Поэтому общая скорость процесса лимитируется скоростью наиболее мед­ленной стадии. Если наиболее медленно протекает сама химическая реакция (вторая стадия) и она лимитирует суммарную скорость, то процесс протекает в кинетиче­ской области.

Если общую скорость процесса лимитируют первая (подвод реагирующих компонентов в зону реакции) или третья (отвод продуктов реакции из зоны) стадий, процесс в целом протекает в диффузионной области.

Если же скорости всех трех стадий технологического процесса соизмеримы, процесс протекает в так называемой переходной области.

С учетом этих обстоятельств выбирают те или иные пути повышения общей скорости химико-технологического процесса [Мухленов, с 20-22].

Классификацию химико-технологических процессов проводят по различным признакам.

по кинетическим признакам - на гидромеханические, тепловые, массообменные (диффузионные), химические и механические;

по фазовому составу реагирующей смеси - на гомогенные и гетерогенные;

по направлению материальных и энергетических потоков - на прямоточ­ные, противоточные и перекрестные;

по организационно-технической структуре - на периодические, непрерывные и полунепрерывные.

3.
Основные технологические понятия и определения: производительность, мощность, интенсивность, расходные коэффициенты, степень превращения, выход продукта, селективность.

Важнейшими понятиями и определениями химической технологии или техноло­гическими критериями эффективности ХТП являются:

Производительность – количество выработанного целевого продукта или переработанного сырья в единицу времени

(т/ч, м³/сут). (7)

Мощностью называется максимально возможная производительность.

Интенсивность – это производительность, отнесенная к какому-нибудь параметру, характеризующему геометрические размеры аппаратов и реакторов

(т·м^-3·м^-2; м³·м^-2ч^-1 и т.д.) (8)

^ Степень превращения - отношение количества исходного сырья, вступившего в реакцию, к его начальному количеству (концентрации), например, для простой необра­тимой реакции A → R степень превращения (Х_A)

По этим соотношениям обычно вычисляют

^ Выходом продукта называют отношение реально полученного количества продукта (G_ф) к максимально возможному его количеству(G_T):

(% или доли единицы)

Селективность(избирательность) - отношение количества образовавшегося целевого продукта (R) к общему количеству всех полученных продуктов (R+S).

Знание этих и других технологических понятий и определений необходимо для оценки эффективности функционирования действующих, а также при анализах и расчетах, предшествующих и сопутствующих созданию новых химических произ­водств.

Дата добавления: 2014-01-20