Уменьш число стадий

8. внедрение новейших достижений техники.

13 Понятие о химико–технологическом процессе. Классификация химических процессов и реакций.

Химико-технологический процесс - последовательность химических и физико-химических процессов целенаправленной переработки исходных веществ в продукт. В зависимости от основного назначения, в совокупном химико-­технологическом процессе выделяют несколько видов отдельных про­цессов и операций, для проведения которых предназначены соответ­ствующие аппараты или машины. Механические и гидромеханические процессы - перемещение ма­териалов, изменение их формы и размеров, сжатие и расширение, смеще­ние и разделение потоков. Все они протекают без изменения химическо­го и фазового состава обрабатываемого материала. Для проведения этих процессов предназначены транспортеры, питатели, дробилки, дисперга­торы, формователи, компрессоры, насосы, смесители, фильтры. Теплообменные процессы - нагрев, охлаждение, изменение фа­зового состояния. Химический состав веществ в них не меняется. Они протекают в теплообменниках, кипятильниках, конденсаторах, пла­вилках, сублиматорах. Массообменные процессы - растворение, кристаллизация, суш­ка, дистилляция, ректификация, абсорбция, экстракция, десорбция, которые представляют собой перенос вещества внутри фазы или меж­ду фазами, вызванный градиентом его концентраций и протекающий без изменения химического состава. Для этого служат: кристаллизато­ры, сушилки, дистилляторы, ректификаторы, абсорберы, экстракто­ры, десорберы. Химические процессы - процессы, вызывающие коренное изме­нение химического состава веществ в химических реакторах. Кроме указанных основных процессов в химическом производстве осуществляются также: энергетические процессы, которые заключаются во взаимном преобразовании различных видов энергии (тепловой, механической, электрической) в турбинах, генераторах, моторах; информационно-управляющие процессы, отвечающие за полу­чение и передачу информации о состоянии потоков и веществ, выра­ботку и передачу сигналов на пульт управления процессами. К инфор­мационно-управляющим устройствам относятся: датчики состояния потоков и оборудования (температуры, давления, состава, скорости вращения двигателей и т.д.), сигнальные и информационные системы, системы автоматического регулирования, включающие управляющие вычислительные машины, и др.

Классификация химико-технологических процессов проводим по различным признакам:1)по типу хим. реакций:а) простые(А→R, A→S),б)сложные(A→R+S, A+B→R A+B→S).

2) по характеру протекания реакций во времени: а) непрерывные, б)периодические, в)полунепрерывные. Периодический процесс все стадии проводятся последовательно в одном аппарате. Эти процессы требуют минимум аппаратуры их целесообразно использовать для переработки дорогого сырья. Непрерывный процесс каждая отдельная стадия проводится в отдельных проточных аппаратах, это позволяет поддерживать в каждом аппарате отдельный режим, что облегчает автоматизацию и механизацию процесса.

3)по фазовому состоянию реагирующих веществ: а)гомогенные пр-ссы, б) гетерогенные процессы. Гомогенные реакции процессы протекают быстрее, легче в управлении. Гетерогенная система 2 фазы и более (г+ж, г+т, ж+т, г+ж+т), многостадийность.

4)по тепловому режиму: а)изотермические, б)адиабатические, в)политропные. Изотермические преимущества: поддерживание оптимальной температуры. Адиабатические – это процессы где отсутствует внешний теплообмен. Вся теплота аккумулируется потоком реагирующих веществ. Большинство промышленных реакторов имеет адиабатический режим. Преимущество: простота устройства и надежность.

5)по гидродинамич. режиму а)полное смешение (идеальное), б) идеальн. вытеснение.

14. Основные понятия и определения общей химической технологии (селективность, степень превращения сырья, скорость реакции, выход продукции), их взаимосвязь. Степень превращения - отношение количества превратившегося ис­ходного вещества (N_o - N) к его первоначальному количеству N_o. Для вещества А: X_А=(N_A0-N_A)/N_A0 Степень превращения может быть определена для любого исходно­го реагента, например, Х_В = (N_Bo - N_B)/ N_BO' Взаимосвязь между степенями превращения двух исходных веществ (Х_A, Х_В): Х_В=Х_А(ν_В*N_A0/ ν_A*N_B0) Если исходная реакционная смесь имеет неэквимолярный состав, то состав реагирующей смеси удобно выражать через степень превра­щения того вещества, которое находится в недостатке. Его называют ключевым компонентом. Когда ключевой компонент превращается полностью, другие исходные компоненты еще остаются. Таким образом, степень превращения является мерой полноты протекания реакции и позволяет определить состав реагирующей сме­си покомпонентно.Превращение исходного вещества в сложной реакции протекает по разным направлениям. Не во всех протекающих реакциях образуется желаемый продукт, и для сложной реакции кроме степени превраще­ния вводят дополнительные характеристики процесса: селективность процесса и выход продукта. Селективность процесса показывает, какая доля превратившегося ис­ходного вещества расходуется на образование заданного продукта. Пусть из не которого количества превращенного вещества А (N_А0 –N_А) в продукт R превратилось часть, обозначенная как N_А→R. Тогда селективность процесса по веществу R можно выразить следую­щим уравнением: S_R=N_A→R/(N_А0 –N_А) Если превращение исходного вещества А описано несколькими стехиометрическими уравнениями: ν_А*А+……=ν_R*R+……; ν_A1*A+……=ν_S*S+……; ………………………... причем образование продукта R представлено только в одном из них, то селективность процесса по R будет определяться уравнением: S_R=ν_A(N_R-N_R0) / ν_R(N_A-N_A0) Выход продукта показывает долю всего вещества, приходящуюся на образование данного продукта. Выход продукта R для простой по схеме превращения реакции: E_R= N_А→R/N_A0 а для приведенной выше системы стехиометрических уравнений: E_R= ν_A(N_R-N_R0) / ν_RN_A0 Из определения степени превращения и выражений получим E_R=S_R*X_A Для простой реакции S_R = 1 и, следовательно, E_R = Х_А. Селективность процесса и выход продукта характеризуют эффек­тивность химического процесса по использованию сырья для получе­ния нужного продукта.В химической технологии используют два показателя ско­рости химического процесса - скорость превращения вещества и ско­рость реакции. Скорость превращенuя вещества W_i определяется количеством веще­ства, превращающегося в единиuy времени в единице реакционного про­странства: W_i= (Кол-во превращенного i-ro вещества)/(Ед. времени· Ед. реакционного пространства) Реакционным пространством является объем, за исключением тех случаев, когда превращение происходит на границе раздела фаз. Тогда реакционным пространством считается поверхность. Для исходных компонентов W_i < О (вещество расходуется), для про­дуктов W_i > О (вещество образуется). Из уравнения для простой реакции, представленного в алгебраиче­ской форме Σν_i*A_i=0 вытекает постоянство соотношения между количеством ∆N_i превра­щенных веществ и их стехиометрическими коэффициентами: ∆N_i /V_i = coпst и аналогичное соотношение для скоростей превращения веществ: W_i/V _i = coпst. Это отношение назовем скоростью реакции: г= w/v_i. Следует отметить, что знак скорости превращения W_i определяет, образуется или расходуется вещество, тогда как скорость реакции r всегда положительна. Через скорость реакции можно вычислить ско­рости преврашения веществ W_i=ν_i*r_i Если реакция сложная и вещество участвует в нескольких частных реакциях, то W_i=Σν_i*r_i где г· - скоростьj-ой реакции (этапа сложной реакции).