SaveText.Ru

Без имени
  1. 1.Предмет и задачи химической технологии, связь с другими дисциплинами.  Химическая технология - наука о методах и процессах массовой переработки сырья в продукты потребления и средства мас-сового производства. Химическая технология изучает процессы, связанные с коренным изменением состава и структуры вещества, осуществляемые путем химических реакций. Первой основной задачей химической технологии является исследование и установление оптимальных условий осуществления химических реакций на производстве, т.е. условий при которых химические реакции протекают с максимальным экономическим эффектом, с наилучшими технико-экономическими показателями.Все процессы, протекающие при производстве химической продукции, подчиняются общим закономерностям материального мира, характеризуются общностью явлений, лежащих в их основе.
  2. 2.Значение химической промышленности в жизнедеятельности человека
  3. Химическая промышленность играет важнейшую роль в обеспечении потребностей человека. Она обеспечивает человека продуктами питания, одеждой, медикаментами, стройматериалами, предметами быта и т.д 
  4. 3.Понятие и структура химико-технологического процесса. 
  5. Химико-технологический процесс представляет сложную систему, состоящую из единичных связанных между собой процессов и взаимодействующую с окружающей средой через потребление сырья и энергии и производство продуктов и выделение энергии.
  6. 4.Основные стадии и закономерности химико-технологического процесса.
  7. а) 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)
  8. б) химические реакции - основа процесса (в ходе этого происходит глубокое изменение структуры, состава и свойств веществ, участвующих в нем)
  9. в) 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. 
  10. ?
  11. 5.Природные источники и классификация сырьевых ресурсов по происхождению, составу, запасам.
  12. Основными источниками его служат нефть, уголь, природные газы. В последнее время стали уделять большое внимание растительным возобновляемым источникам сырья. Ценным сырьевым ресурсом является одно- и многолетние пентозан содержащие растения, из которых получают фурфурол, спирты и органические кислоты.
  13. Сырьё химической промышленности классифицируют по различным признакам:– по происхождению - минеральное, растительное и животное;– по химическому составу - неорганическое и органическое;– по агрегатному состоянию - твердое, жидкое (нефть, рассолы) и газообразное (воздух, природный газ и газы нефтепереработки);– по запасам – возобновимое и невозобновимое.Минеральное сырье делят на рудное (металлическое), нерудное и горючее (органическое).
  14. 6.Сущность каталитических процессов. Область применения.
  15. Сущность  катализа одинакова для всех его видов – гомогенного, гетерогенного, но каждый из этих видов имеет свои отличительные особенности. В общем случае ускоряющее действие катализаторов принципиально отличается от действия других факторов, интенсифицирующих химические процессы – температура, давление. Так, при повышении температуры повышается температура реагирующих молекул за счет вводимой извне теплоты. Катализ применяется во многих химических процессах.Каталитические процессы используются для получения водорода, служащего сырьем для синтеза аммиака и ряда других производств химической технологии.Область применения катализаторов постоянно расширяется.
  16. 7.Комплексное использование горных пород, древесины. 
  17.  комплексное использование минеральных ресурсов сопровождается максимальным извлечением полезных компонентов, содержащихся в рудах, утилизацией вмещающих пород и отходов производства и пополнением минерально-сырьевой базы отрасли за счет попутного извлечения фосфатов, серы и др. полезных компонентов.Путём химико-механич. переработки низкокачественного древесного сырья и отходов древесины можно получить такие высокоэффективные заменители деловой древесины, как древесноволокнистые, древесностружечные плиты, тарный картон и пр.
  18. 8.Комбинирование металлургических предприятий с химическим производством серной кислоты.Производство серной кислоты, объединенное с металлургическим, базируется на отходах последнего — флотационном колчедане (хвостах флотации полиметаллических сульфидных руд) и отходящих печных газах, содержащих диоксид серы. Комбинирование способствует и техническому прогрессу — внедрению на предприятиях новой техники и технологии, более прогрессивных в отношении охраны окружающей среды. 
  19.  
  20. 9.Методы обогащения твердого сырья, оборудование. 
  21. Обогащение природного сырья осуществляется с использованием различных физических и физико-химических свойств минералов следующими способами и методами: промывка, гравитация, флотация, магнитная и электрическая сепарация, окускование (агломерация и окатывание) и др. Различают мокрый и сухой вариант обогащения полезных ископаемых и многих других разновидностей сырья.
  22. ?
  23. 10.Применение флотации для разделения сырья. 
  24. Флотацию применяют для обогащения большинства руд цветных металлов, апатитовых, фосфоритовых, графитовых, флюоритовых и других руд, широко используют в сочетании с другими методами при обогащении руд черных металлов, угля. Широкая распространенность флотации объясняется универсальностью процесса, связанной с возможностью разделения практически любых минералов, обогащения бедных руд с весьма тонкой вкрапленностью полезных минералов.
  25. 11.Термические, химические и другие способы разделения жидких и газовых смесей.
  26. Перегонка (или дистилляция) — это способ разделения жидких смесей, основанный на значительной разнице температуры кипения компонентов смеси.Для разделения смеси газов на индивидуальные компоненты или технические фракции для дальнейшей переработки применяются следующие процессы: конденсация, компрессия, абсорбция, низкотемпературная абсорбция, адсорбция, ректификация.Отстаивание, Фильтрование, Действие магнитом, Центрифугирование, Выпаривание.
  27. !
  28. 12.Использование воды в химическом производстве. 
  29. Вода в химической промышленности имеет исключительно широкое и разнообразное применение. В ряде производств она служит сырьем и реагентом, а также воду используют как растворитель твердых, жидких и газообразных веществ, для получения водных взвесей твердых веществ — суспензий, пульпы.Вода необходима для промывки твердых и газообразных материалов от загрязнений. Широко используют воду и как теплоноситель — для охлаждения и нагревания тел или веществ, участвующих в реакции.
  30. 13.Виды природных вод, качество, запасы. 
  31. Природные воды по величине обычно классифицируют на: кислые – от 1 до 3, слабокислые – от 4 до 6, нейтральные – около 7, слабощелочные – с от 8 до 10, и щелочные – от 11 до 14.Различают 3 основных типа подземных вод: верховодка, грунтовые, артезианские. Верховодка располагается в самой верхней части земной коры на небольших глубинах.Грунтовые воды залегают на относительно небольших глубинах на первом от земной поверхности водоупорном слое, состоящем из водонепроницаемых пород.Артезианские воды залегают на большой глубине в водоносных горизонтах, перекрытых сверху и снизу водоупорными слоями.Вода занимает большую часть земной поверхности — около 70%, и только примерно 2,5% всех водных ресурсов — пресная вода.
  32. 14.Показатели качества производственных вод. Виды жесткости.
  33. Показатели качества воды делят на три группы: органолептические, физико-химические, бактериологические.Органолептические показатели – запах, цвет, вкус, мутность.А также показателями являются: минерализация, присутствие в воде грубодисперсных примесей.Виды жесткости воды:Карбонатная (временная) – содержание гидрокарбонатов и карбонатов кальция и магния, устраняется путем кипячения;Некарбонатная (постоянная) – содержание хлоридов, сульфатов и нитратов кальция и магния (не устраняется кипячением)Общая – суммарное содержание солей жесткости.
  34. 16.Виды промышленной водоподготовки.
  35. Промышленная водоподготовка – важный этап в производстве многих видов продукции.Промышленная очистка воды подразделяется на водоподготовку и водоочистку.Промышленная очистка воды механической фильтрацией является самым простым методом, проводят ее на первичном этапе водоподготовки. Механические фильтры подразделяют на фильтры грубой и фильтры тонкой очистки. 17.Ионообменный метод очистки воды.
  36. Метод очистки воды при помощи ионного обмена основан на замещении одних ионов, связанных с функциональными группами ионообменного материала, на другие. При этом происходит извлечение из воды нежелательных ионов, которые в результате переходят в фазу ионообменного материала и химически связываются с ней, а в водную фазу переходят ионы, не представляющие опасности для здоровья человека.
  37. 18.Источники энергии для химического производства
  38. Электрическая энергия - наиболее универсальный вид энергии. Источником ее является энергия воды на ГЭС и превращение тепловой энергии, полученной в результате сгорания топлива (ТЭЦ) или в результате ядерных реакций (АЭС), в механическую, а затем механической в электрическую.
  39. 19.Характеристика видов энергии
  40. Для выполнения определенной работы, нам нужно знать три вещи: во-первых, требующееся качество энергии; во-вторых, необходимое количество; и, в-третьих, ее интенсивность.
  41. ?
  42. 20.Рациональное использование тепловой энергии технологических процессов, виды оборудования
  43. .Рациональное использование тепловой энергии в установках очистки автомобилей, агрегатов и составных частей во многом зависит от технического решения конструкции и качества изготовления. Она применяется для высокотемпературной обработки сырья (обжиг и др.) и интенсификации химических реакций
  44.  
  45. ?
  46. 21.Стехиометрические уравнения химических процессов, привести примеры.
  47. Стехиометрическое уравнение реакции отвечает законам сохранения. Оно может быть записано как в привычном виде (слева – реагенты, справа – продукты)
  48. аА + bВ = rR + sS, (I)
  49. так и в соответствии с алгебраическими правилами в виде
  50. –аА – bВ + rR + sS = 0 (II)
  51. или еще в более общем виде
  52.   . (1.1)
  53. 2Н2 + O2 ? 2Н2O.
  54. 22.Понятие о степени превращения исходного реагента. 
  55. Степень превращения - это отношение количества реагента, вступившего в реакцию, к его исходному количеству.
  56. 23.Селективность процесса и выход продукта. Производительность процесса. Расходные коэффициенты
  57. .Выход продукта-это отношение реально полученного кол-ва продукта из использованного сырья к максимальному кол-ву, которое теоретически можно получить из того же сырья.Селективность-это отношение массы целевого продукта к общей массе в-в, полученных в данном процессе или к массе превращенного сырья за время t.Различают теоретические и практические расходные коэффициенты. Теоретические расходные коэффициенты учитывают расход исходящего сырья с учетом стехиометрии реакции. Практические расходные коэффициенты учитывают селективность процесса, выход продукта, степень превращения.
  58. !
  59. 24.Типы химических реакций по фазовому состоянию
  60. По фазовому состоянию реагирующих веществ различают гомогенные и гетерогенные химические реакции. 
  61. 25.Механизмы протекания реакций. Тепловой эффект реакции.
  62. Тепловой эффект химической реакции – это изменение внутренней энергии системы вследствие протекания химической реакции и превращения исходных веществ (реагентов) в продукты реакции в количествах, соответствующих уравнению химической реакции.Механизм химической реакции – это последовательность элементарных стадий процесса, в результате которого исходные вещества превращаются в продукты реакции.
  63. 26.Закон сохранения массы. Материальный баланс процесса, составление уравнений химических процессов.  Характеристики материальных потоков.
  64. Закон сохранения массы — закон, согласно которому масса физической системы сохраняется при всех природных и искусственных процессах.Материальный баланс любого технологического процесса составляют на основании закона сохранения массы, согласно которому массовое количество всех исходных веществ данного производственного цикла должно быть равно массовому количеству всех конечных продуктов, полупродуктов и отходов производства.Материальный поток характеризуется определённым набором параметров, которые и ложатся в основу классификации: v номенклатура, ассортимент и количество продукции, габаритные характеристики ,  весовые характеристики. В левой части уравнения запишем формулы веществ, вступающих в реакцию (реагентов),в правой части уравнения запишем формулы веществ, которые образуются в результате реакции (продуктов реакции), а затем уравняем число атомов химических элементов с помощью коэффициентов.
  65. 27.Закон Гесса. Теплота образования и теплота сгорания  веществ. Теплота химических реакций.
  66. Количество теплоты, выделяющееся или поглощающееся при каком-либо процессе всегда одно и то же, независимо от того, протекает ли данное химическое превращение в одну или в несколько стадий.Под теплотой сгорания понимается отношение выделяющейся теплоты к массе , которая была при этом израсходована, или иначе, количество теплоты, выделяемое единицей массы топлива при его полном сгорании.Под теплотой образования понимается количество теплоты, выделяемой или поглощаемой при образовании того или иного химического соединения из простых веществ.Теплота (тепловой эффект) реакции - это количество тепловой энергии, выделившееся или поглощенное системой в результате протекающих в ней химических превращений.
  67. 28.Энтальпия и энтропия процесса. Энергия Гиббса
  68. Энтальпия - это энергия, которой обладает система , находящаяся при постоянном давлении.Энтропия -  физическая величина, используемая для описания термодинамической системы, одна из основных термодинамических величин.Энергия Гиббса - это величина, изменение которой в ходе химической реакции равно изменению внутренней энергии системы. Энергия Гиббса показывает, какая часть от полной внутренней энергии системы может быть использована для химических превращений или получена в их результате в заданных условиях и позволяет установить принципиальную возможность протекания химической реакции в заданных условиях.
  69. 29.Расчет теплоты реакций по теплотам образования и теплотам сгорания  веществ. Определение условий протекания реакций.
  70. Тепловые эффекты реакций могут быть рассчитаны по энтальпиям образования реагентов и продуктов на основании закона Гесса.К условиям возникновения и протекания химической реакции относится:Приведение реагирующих веществ в соприкосновение.Нагревание веществ до определённой температуры.Свет.Электрический ток.Изменение давления.Введение катализатора.
  71. ?
  72. 30.Закон сохранения энергии.  Тепловой баланс процесса. Составление теплового баланса процесса.
  73. Зако?н сохране?ния эне?ргии — фундаментальный закон природы, установленный эмпирически и заключающийся в том, что для изолированной физической системы может быть введена скалярная физическая величина, являющаяся функцией параметров системы и называемая энергией, которая сохраняется с течением времени.Энергетический баланс основан на законе сохранения энергии, согласно которому энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает, она может только переходить из одной формы в другую. Другими словами, сумма всех видов энергии в замкнутой системе постоянна.Тепловой баланс составляют по данным материального баланса с учетом тепловых эффектов химических реакций и физических превращений, с учетом подвода теплоты из вне и отвода ее с продуктами взаимодействия, а также потерями теплоты через стенки реактора (аппарата).
  74. 31.Условия химического равновесия реакций. Константа равновесия. Способы смещения равновесия.
  75. Первое условие химического равновесия – это равенство скоростей прямой и обратной реакций. По мере расходования исходных веществ ско-рость прямой реакции уменьшается, а по мере накопления продуктов реакции скорость обратной реакции увеличивается.Конста?нта равнове?сия — величина, определяющая для данной химической реакции соотношение между термодинамическими активностями исходных веществ и продуктов в состоянии химического равновесия.Увеличение давления (для газов) смещает равновесие в сторону реакции, ведущей к уменьшению объема .Увеличение температуры смещает положение равновесия в сторону эндотермической реакции.Увеличение концентрации исходных веществ и удаление продуктов из сферы реакции смещает равновесие в сторону прямой реакции.
  76. 32.Расчет константы равновесия процесса.
  77. Расчеты в химическом равновесии проводятся на основе связей между компонентами процесса, даваемых уравнением реакции: аА + вВ = сС + dD ; Константа равновесия – это отношение произведения равновесных концентраций продуктов реакции, взятых в степени их стехиометрических коэффициентов к произведению равновесных концентраций исходных веществ, взятых в степени их стехиометрических коэффициентов.
  78. 33.Способы увеличения скорости процесса. Влияние концентрации реагентов и температуры на скорость реакции. Энергия активации.
  79. C возрастанием концентраций взаимодействующих компонентов ,повышением давления, регулированием температуры процесса.Энергия активации в химии — эмпирически определяемый параметр, характеризующий показательную зависимость константы скорости реакции от температуры.
  80. ?
  81. 34.Реакции первого, второго и третьего порядка. Влияние различных факторов на скорость гомогенных  процессов.
  82. Реакции первого порядка – это реакции, в которых показатель степени в уравнении зависимости скорости от концентрации, в которую возводится концентрация, равен единице.Реакция второго порядка - это реакция, скорость которой пропорциональна концентрации данного вещества в квадрате.Реакция третьего порядка соответствует столкновению трех частиц.Скорость гомогенной реакции, протекающей при постоянной температуре, прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.
  83. ?
  84. 35.Основные стадии гетерогенного  процесса. Движущая сила.
  85. Перенос исходных реагирующих веществ (реагентов) к поверхности раздела фаз; адсорбция реагентов на поверхности раздела фаз с образованием адсорбционного слоя; протекание собственно химической реакции в адсорбционном слое с образованием продуктов реакции;десорбция продуктов реакции с поверхности раздела фаз; отвод продуктов реакции из реакционной зоны (из адсорбционного слоя).   Чем выше движущая сила гетерогенного процесса, тем больше и его скорость. Когда равновесная концентрация становится равной действующей, движущая сила равна нулю, переход вещества из газовой, фазы в жидкую прекращается и наступает равновесие.
  86.  
  87.  
  88.  
  89. 36.Диффузионная область гетерогенных  процессов. Коэффициент молекулярной диффузии.
  90.  
  91. Диффузия– это перемещение молекул вещества в неподвижной фазе под действием градиента концентрации.
  92. Закон Фика для диффузии в заданном направлении имеет вид:
  93.  
  94. где dn – количество вещества, проходящего за время dt через поверхность S; D – коэффициент диффузии; dC/dl – градиент концентрации; dC – разность концентраций; dl – толщина диффузионного слоя.
  95. Пусть на границе раздела фаз концентрация реагирующего вещества равна Сs , а на некотором расстоянии ? – Сх (при этом Сs<Сх), тогда
  96.  
  97. Разделим правую и левую часть на V и перейдем к концентрациям:
  98.  
  99. Скорость диффузии кинетически подчиняется уравнению первого порядка относительно концентрации раствора в объёме (Сх). Таким образом, если лимитирующей стадией является диффузия, то кинетика реакции определяется данным уравнением. В таком случае говорят, что процесс протекает в диффузионной области.
  100. Коэффициент пропорциональности D в выражении закона Фика называется коэффициентом молекулярной диффузии, или просто коэффициентом диффузии
  101. Коэффициент молекулярной диффузии представляет собой физическую константу, характеризующую способность данного вещества проникать вследствие диффузии в неподвижную среду. Величина D таким образом не зависит от гидродинамических условий, в которых протекает процесс.
  102.  
  103.  
  104. Значения коэффициента диффузии D возрастают с увеличением температуры и давления. Обычно величина D возрастает с увеличением температуры и понижением давления (для газов). В каждом конкретном случае значение D определяют по опытным данным или по теоретическим и полуэмпирическим уравнениям с учетом температуры и давления, при которых протекает процесс диффузии.
  105. Примером приближенной зависимости для расчета коэффициента молекулярной диффузии D газа А в газ В или в обратном направлении является следующее уравнение:
  106.   (2.4)
  107. где D - коэффициент диффузии, м2/с;
  108. Т - температура, К;
  109. Р - давление (абсолютное), кгс/см2;
  110. МА, МВ - мольные массы газов А и В;
  111. vA, vB - мольные объемы газов А и В, определяемые как сумма
  112. атомных объемов элементов, входящих в состав газа.
  113. Мольные и атомные объемы различных веществ приводятся в справочниках (6,с.288).
  114. Как следует из формулы (2.4) , если известно значение коэффициента диффузии D1 при температуре Т1 и давлении Р1, то значение коэффициента диффузии D2 при температуре Т2 и давлении Р2 можно найти из уравнения:
  115.  (2.5)
  116. Значение коэффициентов диффузии в воздухе для некоторых газов и паров приведены в (6, табл.XLII, с.540)
  117. Коэффициент диффузии газов или капельных жидкостей в жидкости при температуре 200С можно вычислить по следующей приближенной формуле:
  118.  
  119.   (2.6)
  120.  
  121. где m - динамический коэффициент вязкости жидкости, мПаЧс;
  122. А,В – коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества
  123. и растворителя.
  124. Значения коэффициентов А и В для некоторых веществ, растворенных в воде представлены в (6, с.289).
  125. Коэффициент диффузии газа в жидкости Dt (при температуре t) cвязан с коэффициентом диффузии Dж20,(при температуре 200С) следующей приближенной зависимостью:
  126.  
  127.  (2.7)
  128.  
  129. в которой температурный коэффициент b может быть определен по эмпирической формуле:
  130.  (2.8)
  131. где m - динамический коэффициент вязкости жидкости при 200С, мПаЧс;
  132. r - плотность жидкости, кг/м3.
  133. Значения коэффициентов диффузии некоторых газов в воде приведены в (6, табл.XLIII, с.540).
  134. Коэффициенты диффузии газа в среду другого газа имеют значения 0,1 – 1 см2/с, а при диффузии газа в жидкость они в 104 – 105 раз меньше и составляют примерно 1 см2/сутки. Таким образом, молекулярная диффузия является весьма медленным процессом, особенно в жидкостях.
  135.  
  136.  
  137.  
  138. 37.Гетерогенные процессы в системе газ – твердое вещество. Скорость внешней диффузии.
  139.  
  140. Гетерогенные процессы в системе «газ - твердое вещество» - широко распространенный вид промышленных химико-технологических процессов. Это процессы обжига различных руд, получения цементного клинкера и др. Однако, даже внутри этой группы, можно выделить определенные разновидности гетерогенных процессов. Наиболее общим случаем является гетерогенная реакция, в которой и среди реагентов, и среди продуктов есть и газообразные, и твердые вещества:
  141. aA+bB?rR+sSгаз Твердое вещество газ Твердое веществоК такому типу реакций относится, например, процесс обжига железного (серного) колчедана:
  142. Возможны также реакции, в которых отсутствует или газообразный реагент, или твердый продукт и т.п. Например:
  143. aA+bB?rRгаз Твердое вещество газ
  144. Обычно для определения скорости конвективной диффузии пользуются уравнением
  145.   (14.5)
  146. где wk – скорость конвективной диффузии, т. е. количество газообразного реагента А, перенесенное вследствие конвективной диффузии через единицу поверхности в единицу времени; ? – коэффициент массоотдачи, зависящий от гидродинамики потока.
  147. Принимают, что у поверхности твердой частицы существует неподвижный диффузионный подслой толщиной ?1, внутри которого перенос вещества осуществляется исключительно вследствие молекулярной диффузии. Скорость внешней диффузии (конвективной) через реальную газовую пленку толщиной ? можно приравнять скорости молекулярной диффузии через диффузионный подслой толщиной ?1 и в соответствии с уравнением (14.4) получим
  148.  
  149. где D – коэффициент молекулярной диффузии.
  150. Повысить скорость внешней диффузии можно, либо увеличивая движущую силу, которая равна разности концентраций СA,g и СA,s, либо коэффициент массоотдачи.
  151. Для увеличения ? нужно, либо, если это возможно, повысить коэффициент молекулярной диффузии D; либо уменьшить толщину газовой пленки ?1.
  152. Как было показано выше, коэффициент молекулярной диффузии определяется в основном молекулярной природой веществ, участвующих в процессе диффузии, а также слабо зависит от температуры и давления.
  153. Так, например, коэффициент молекулярной диффузии реагентов в газовую пленку при росте температуры от 700 до 800 К увеличивается лишь в (800/700)1,5 = 1,22 раза. Таким образом, рост температуры проведения процесса не может служить надежным способом интенсификации диффузии.
  154. Значительно больший эффект может быть достигнут при уменьшении толщины пленки ?1. Хотя в рамках принятой модели нельзя точно сказать, чему численно равна ?1, можно с уверенностью утверждать, что все способы уменьшения толщины пленки приведут к увеличению коэффициента массоотдачи. Такими способами являются: увеличение линейной скорости газового потока, обтекающего твердую частицу, приводящее к срыванию пленки; проведение процесса при интенсивном перемешивании частиц твердой фазы, например применение аппаратов с псевдоожиженным слоем твердой фазы.
  155. 38.Гетерогенные процессы в системе газ – жидкость. Процессы массопередачи.
  156. Газожидкостные реакции – это гетерогенные процессы, включающие химическое взаимодействие между реагентами, один из которых находится в газовой фазе, а другой в жидкой. Жидкость может представлять собой раствор вещества, химически взаимодействующего с газообразным реагентом или газообразный реагент взаимодействует с самим растворителем. Растворимость газа в жидкости подчиняется закону Генри, если концентрация растворенного газа не велика, а температура и давление далеки от критических. Согласно закону Генри равновесное парциальное давление растворенного газа PA над раствором прямо пропорционально его концентрации в жидкой фазе СА:  pa=ha*ca
  157. +где НА– коэффициент пропорциональности, называемый константой Генри или константой фазового равновесия.
  158. Массопередача — процесс перехода вещества (или нескольких веществ) из одной фазы в другую в направлении достижения равновесия. В массообмене участвуют, как минимум, три вещества: распределяющее вещество (или вещества), составляющее первую фазу; распределяющее вещество (или вещества), составляющее вторую фазу; распределяемое вещество (или вещества), которое переходит из одной фазы в другую.
  159.  
  160. 39.Гетерогенные процессы в системе жидкость– твердое вещество. Кинетика и равновесие в системе.
  161.  
  162. Процессы с участием жидких и твердых реагентов служат основой многих химических производств. К таким процессам относятся адсорбция растворенных в жидкости веществ и десорбция их, растворение твердых веществ и кристаллизация из растворов, экстрагирование и выщелачивание, плавление твердых тел и кристаллизация из расплавов, полимеризация в среде жидких мономеров с образованием твердых полимеров и т. д.
  163. Химическая кинетика - учение о скорости химических приращений. Скорость химической реакции измеряют изменением молярной концентрации одного из реагирующих веществ в единицу времени, т.е. Vxp =?С/?t, где ?С - изменение концентрации вещества за промежуток времени ?t (средняя скорость). Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ, их концентрации, температуры и действия катализатора. Следует различать реакции, протекающие в гомогеннойсистеме (однофазной) и гетерогенной (состоящей из нескольких фаз). В гомогенной системе реакция идет во всем объеме системы, в гетерогенной - только на поверхности раздела фаз.
  164.  
  165. Закон действующих масс: скорость реакции при постоянной температуре прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ. Для реакции
  166. 2A + В = С
  167. скорость равна
  168. Vxp = k[A]2·[В],
  169. где k - коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости при данной температуре. По своему смыслу k равна скорости химической реакции, когда произведение концентраций реагирующих веществ равно 1. [А], [В] - молярная концентрация реагирующих веществ А и В в моль/л. Концентрация вещества, находящегося в твердой фазе представляет собой постоянную величину и поэтому входит в константу скорости.
  170.  
  171.  
  172. Количественная зависимость скорости реакции от температуры выражается правилом Вант-Гоффа: V2 = V1· ?[Т(2) -Т(1)]/10 , где Т(1) и Т(2) - температура реакции, V1 и V2 - скорости реакции при данных температурах, ? - коэффициент, показывающий во сколько раз изменится скорость реакции при изменении температуры на 10°. Для многих химических реакций, которые проводят в лаборатории ? варьирует от 2 до 4. Т.е. скорость реакции возрастает в несколько раз с ростом температуры на 10 градусов.
  173. Большинство химических реакций обратимо, т.е. может протекать как в прямом, так и в обратном направлении. Когда скорости прямой и обратной реакции становятся одинаковыми, наступает состояние химического равновесия. Рассмотрим систему аА + bВ = сС + dD. В состоянии равновесия скорость прямой реакции Vпp = kпp· [A]a· [B]b равна скорости обратной реакции Vоб = kоб· [C]с· [D]d . Отсюда,
  174.  
  175. kпp / kоб = kрав = [C]срав·[D]dрав/[A]aрав·[B]bрав.
  176.  
  177. Данная форма записи закона действующих масс применима только для гомогенных систем. Состояние химического равновесия динамическое, т.е. система пребывает в нем, пока не изменятся внешние условия, иначе равновесие смешается в сторону прямой или обратной реакции. Смещение химического равновесия вызывается изменением температуры, концентрации реагирующих веществ и давления. Направление смещения указывается принципом Ле-Шателье: если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказать какое либо воздействие, то равновесие сместится в таком направлении, что оказанное воздействие будет ослаблено.
  178.  
  179.  
  180. 40.Сущность каталитических процессов. Область применения
  181. Сущность каталитического процесса:
  182. 1) Снижается энергия активации, Е;
  183. 2) Реакция протекает через ряд элементарных стадий;
  184. 3) Равновесие не смещается, а ускоряется его достижение;
  185. 4 Энергетический уровень молекул не изменяется.
  186. 5 На применении катализаторов основаны многие методы переработки нефтепродуктов: каталитический крекинг, риформинг, изомеризация, ароматизация и алкилирование углеводородов.
  187.  
  188.  
  189. 41.Механизм действия катализаторов. Энергия активации.
  190. Действие положительных катализаторов сводится к понижению энергии активации реакции Еа(исх), действие ингибиторов – противоположное.
  191. Механизм действия катализатора при гомогенном катализе объясняется образованием промежуточных соединений между катализатором и одним из реагирующих веществ. Далее промежуточное соединение реагирует со вторым исходным веществом, в результате чего образуется продукт реакции и катализатор в первоначальном виде. Так как скорость обоих промежуточных процессов значительно больше скорости прямого процесса, то реакция с участием катализатора протекает значительно быстрее, чем без него.
  192. Механизм действия катализатора при гетерогенном катализе иной. В этом случае реакция протекает вследствие адсорбции молекул реагирующих веществ поверхностью катализатора (поверхность катализатора неоднородна: на ней имеются так называемые активные центры, на которых и адсорбируются частицы реагирующих веществ.). Увеличение скорости химической реакции достигается, в основном, за счет понижения энергии активации адсорбированных молекул, а также, отчасти, за счет увеличения концентрации реагирующих веществ в местах, где произошла адсорбция.
  193. Энергия активации в химии — эмпирически определяемый параметр, характеризующий показательную зависимость константы скорости реакции от температуры. Выражается в джоулях на моль.
  194.  
  195. 42.Кислотный и основной катализ. Электрофильный и металлокомплексный катализ.
  196. Общий кислотный катализ характеризуется введением протона в реагирующую часть молекулы субстрата и электронным нападением на молекулу воды. При общем кислотном анализе в качестве катализатора может выступать любая кислота, содержащаяся в растворе, а не только сопряженная кислота растворителя
  197. При общем основном катализе акцептором является обобщенное основание Бренстеда. Для катализа характерен медленный процесс удаления протона из реагента, образование промежуточного активного аниона субстрата, быстрое превращение промежуточного вещества в продукт реакции.
  198. Электрофильный катализ относится к кислотному катализу, роль катализаторов играют соединения, способные присоединиться к свободной электронной паре, - электронные акцепторы, или кислоты Льюиса. Присоединение кислоты Льюиса к субстрату, содержащему свободную электронную пару, сопровождается повышением реакционной способности возникающего комплекса. Этот комплекс имеет ионный характер или даже диссоциирован с образованием активного промежуточного продукта катионного типа.
  199. МЕТАЛЛОКО?МПЛЕКСНЫЙ КАТА?ЛИЗ, ускорение химич. реакций, вызванное образованием промежуточных соединений (активацией) молекул трансформируемых субстратов при их взаимодействии со свободным или закреплённым на спец. носителе комплексом металла, обычно переходного, с органич. или неорганич. лигандами; один из важнейших видов гомогенного катализа и, в меньшей степени, гетерогенного катализа.
  200. 43.Гетерогенный катализ в промышленности. Эксплуатационные характеристики катализаторов.
  201.  С помощью гетерогенного катализа в промышленности основного органического и нефтехимического синтеза осуществляются процессы гидрирования и дегидрирования, многие реакции окисления и окислительного аммонолиза, гидратации и дегидратации, алкилирования и т. д.
  202.  
  203. 44.Классификация реакторов по характеру смешивания и вытеснения веществ, участвующих в процессе
  204. Классификация реакторов по гидродинамической обстановке. В зависимости от гидродинамической обстановки можно разделить все реакторы на реакторы смешения и вытеснения.
  205. Реакторы смешения - это емкостные аппараты с перемешиванием механической мешалкой или циркуляционным насосом. Реакторы вытеснения - трубчатые аппараты, имеющие вид удлиненного канала. В трубчатых реакторах перемешивание имеет локальный характер и вызывается неравномерностью распределения скорости потока.
  206. В теории химических реакторов обычно сначала рассматривают два идеальных аппарата - реактор идеального или полного смешения и реактор идеального или полного вытеснения.
  207. Для модели идеального смешения принимается ряд допущений. Допускается, что в результате интенсивного перемешивания устанавливаются абсолютно одинаковые условия в любой точке реактора: концентрации реагентов и продуктов, степени превращения реагентов, температура, скорость химической реакции и т.д.
  208. +Реактор идеального вытеснения представляет собой длинный канал, через который реакционная смесь движется в поршневом режиме. Идеальное вытеснение возможно при выполнении следующих допущений: 1) движущий поток имеет плоский профиль линейных скоростей; 2) отсутствует обусловленное любыми причинами перемешивание в направлении оси потока.
  209.  
  210. 45.Типы реакторов с подводом и отводом теплоты. Адиабатические реакторы. Конструктивные особенности реакторов с использованием твердых катализаторов
  211.  
  212. лассификация по условиям теплообмена. Протекающие в реакторах химические реакции сопровождаются тепловыми эффектами (это тепловые эффекты химических реакций и сопровождающих их физических явлений, таких, например, как процессы растворения, кристаллизации, испарения и т.п.). Вследствие выделения или поглощения теплоты изменяется температура и возникает разность температур между реактором и окружающей средой, а в определенных случаях температурный градиент внутри реактора. Разность температур ?Т является движущей силой теплообмена.
  213. +При отсутствии теплообмена с окружающей средой химический реактор является адиабатическим. В нем вся теплота, выделяющаяся или поглощающаяся в результате химических процессов, расходуется на «внутренний» теплообмен и на нагрев или охлаждение реакционной смеси.
  214. Отличительная особенность этих реакторов-—регенерация катализатора, т. е. выжигание кокса и сернистых отложений смесью инертного газа и воздуха в самом аппарате. Таким образом реактор периодически выполняет также функции регенератора. В процессе выжигания температура среды повышается до 500 °С, поэтому корпус аппарата изнутри покрывают торкрет-бетонной футеровкой, а внутренние устройства изготовляют из жаростойкой стали
  215. 46.Материальный и тепловой расчеты реакторов. Учет кинетических факторов.
  216. Тепловой расчет реактора заключается в определении поверхности теплообмена выбранного теплообменного устройства. Методика теплового расчета реактора определяется конструктивным оформлением теплообменного устройства и принципами организации процесса, а также зависит от производительности, времени и теплового эффекта реакции, реологических и теплофизических свойств среды, допустимой разности температур и требований к качеству продукта.
  217. Материальный баланс составляют на основании закона сохранения массы вещества: ?Gприх = ?Gрасх.
  218. 47.Тепловые эффекты химических превращений. Влияние температуры на скорость процессов в диффузионной области.
  219. Тепловой эффект химической реакции – это изменение внутренней энергии системы вследствие протекания химической реакции и превращения исходных веществ (реагентов) в продукты реакции в количествах, соответствующих уравнению химической реакции.
  220. Скорость диффузионных процессов также возрастает с температурой
  221. 48.Типы печей по источнику тепловой энергии и нагреву. Область применения в технологических процессах.
  222. по источнику тепловой энергии – пламенные, электрические; по режиму работы - периодического; непрерывного действия; по конструкции рабочей камеры – камерные, проходные, с выдвижным подом, вращающимся подом, методические, шахтные, туннельные, муфельные и др
  223. Одна из них включает в себя оборудование, применяемое для нагрева материалов. Это используется для создания условий, необходимых физико-химическим процессам. Для их проведения проводится сжигание топлива, а также некоторых иных веществ. К примеру, часто в печах получают сернистый газ или фосфорный ангидрид.Все прочие печи химической промышленности, за исключением тех, что используются для кальцинирования соды, являются низкотемпературными. Зачастую они небольшого размера и с точки зрения конструкции не имеют каких-либо принципиальных отличий от первой группы.
  224.  
  225. 49.Ректификация и ректификационное оборудование
  226. Ректификация – процесс разделения гомогенных смесей путем многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. Ректификацию осуществляют в ректификационной установке, включающей ректификационную колонну, дефлегматор, холодильник-конденсатор, подогреватель исходной смеси, сборники дистиллята и кубового остатка
  227. 50.Экстрактивная и азеотропная ректификация. Выбор экстрагента, технология. Физико-химические основы экстракции жидкость – жидкость.
  228. Азеотропной ректификацией называется процесс разделения компонентов с близкими температурами кипения с помощью третьего компонента, который с одним из компонентов образует азеотропную смесь с заметно отличающейся температурой кипения. Экстрактивной ректификацией называется процесс разделения компонентов с близкими температурами кипения с помощью третьего компонента, который хорошо растворяет один из компонентов
  229. Экстракция в системах жидкость—жидкость представляет собой диффузионный процесс, протекающий с участием двух взаимно нерастворимых или ограниченно растворимых жидких фаз, между которыми распределяется экстрагируемое вещество. В результате взаимодействия фаз получают экстракт-раствор извлеченных веществ в экстрагенте и рафинад — остаточный исходный раствор, из которого удалены экстрагируемые компоненты.
  230.  
  231. 51.Элементы расчета процесса ректификации
  232. Основными задачами технологического расчёта процесса ректификации, являются определение основных геометрических размеров ректификационной колонны (её диаметра и высоты), а так же расхода греющего пара в кубе колонны и охлаждающей воды в дефлегматоре.
  233. Уравнение материального баланса имеет вид:
  234. (1)
  235. где F – расход исходной смеси, кг/с;
  236. P – расход верхнего продукта, кг/с;
  237. W – расход нижнего продукта, кг/с;
  238. – соответствующие массовые доли компонентов, кг/кг.
  239.  
  240. 52.Физико-химические основы абсорбции. Технология процесса
  241. При физической абсорбции инертный газ и поглотитель не участвуют в процессах перехода компонента из одной фазы в другую. При хемосорбции поглотитель может химически взаимодействовать с компонентом.
  242. Движущей силой процесса абсорбции является разность парциальных давлений компонента в газовой рг и в жидкой рж фазах. Если рг > рж, то компоненты газа переходят в жидкость, т. е. протекает процесс абсорбции. Если рг < рж, то поглощенные компоненты газа переходят из абсорбента в газовую фазу, т. е. осуществляется процесс десорбции.
  243. 53.Процессы хемосорбции в технологии очистки углеводородов от примесей. 
  244. 54.Классификация химико-технологических систем, основные элементы и их  особенности
  245. Классификация химико-технологических систем. Все системы условно можно разделить на малые и большие. Малые системы включают типовые технологические процессы (ТПр) в определенном аппаратурном оформлении. Большие системы – совокупность малых систем и отличаются от них в количественном и качественном отношениях.
  246. 55.Формирование технологических схем с учетом особенностей разделения реакционной смеси. Рациональное использование теплоты в химико-технологической системе.
  247. Простейшим элементом ХТС является оператор, под которым понимают типовой процесс химической технологии и соответствующую ему технику. Оператор преобразует физические параметры входящих в него потоков в соответствующие параметры выходящих потоков.
  248.  
  249. Можно выделить несколько классов операторов (типовых технологических процессов):
  250. 1) химические процессы, скорость которых определяется законами химической кинетики;
  251. 2) массообменные (диффузионные) процессы, скорость которых определяется скоростью переноса вещества из одной фазы в другую (растворение, кристаллизация, адсорбция, десорбция, экстракция и др.);
  252. 3) гидродинамические процессы, скорость которых определяется законами механики и гидромеханики (отстаивание, перемешивание, пенообразование и др.);
  253. 4) тепловые процессы, скорость которых определяется законами теплопередачи (нагревание, охлаждение);
  254. 5) энергетические процессы, заключающиеся во взаимном преобразовании различных видов энергии: тепловой, механической, электрической в турбинах, генераторах и моторах;
  255. 6) механические процессы (дробление, прессование, гранулирование, дозирование и др.);
  256. 7) процессы управления – получение и передача информации о состоянии потоков и продуктов и изменении их свойств.
  257. Операторы классов 1–6 часто объединяют под одним названием – технологические операторы.
  258. Более крупной структурной единицей ХТС является подсистема. Подсистемой называют совокупность операторов, объединенных одной технологической схемой. Подсистема – это самостоятельно функционирующая часть системы.
  259. Подсистемы могут быть выделены по любому, удобному для изучения системы признаку. Например, химическое производство можно представить как иерархическую структуру, состоящую из 3 – 4 уровней или ступеней иерархии (соподчинения):
  260. 1 (низшая) ступень – типовые ХТП и соответствующая техника;
  261. 2 ступень – совокупность типовых технологических процессов, осуществляющих определенную операцию. Чаще всего, это цехи или их отдельные участки;
  262. 3 ступень – химические производства, состоящие из нескольких цехов, где получают целевые продукты;
  263. 4 ступень – химическое предприятие в целом.
  264.  
  265. 56.Составление блок-схемы химико-технологических систем производства органических веществ.
  266. Химическая модель (схема) представлена основными реакциями (химическими уравнениями), которые обеспечивают переработку сырья в продукт.
  267. Операционная модель представляет основные стадии (операции) переработки сырья в продукт, в том числе обеспечивающие протекание основных превращений. Производство аммиака будет описано следующей операционной моделью.
  268. Функциональная модель (схема) строится на основе химической и операционной и наглядно отражает основные стадии химико-технологического процесса и их взаимосвязи. Каждая из них представлена прямоугольником, линии между ними – связи.
  269. 57.Производство сернистого газа. Контактный способ производства серной кислоты.
  270. Сырьем для производства сернистого газа могут служить природные минералы и отходы других производств, содержащие серу.
  271. В природе сера встречается в основном в трех видах: 1) элементная самородная сера, механически смешанная с другими минералами, 2) в сульфидных рудах, таких, как пирит FeS2, пирротин FenSn+1, медный колчедан CuFeS2, медный блеск Cu2S и др.; 3) в сульфатах: гипс CaSO4Ч2H2O, ангидрит CaSO4, мирабилит Na2SО4Ч10H2O и др.
  272. При переработке сульфидов цветных металлов образуется сернистый газ, который частично используется в сернокислотном производстве. При переработке нефтепродуктов, коксовании углей и получении генераторного газа в качестве побочного продукта образуется сероводород, который улавливают, концентрируют, а затем сжиганием его получают сернистый газ, перерабатываемый в дальнейшем на серную кислоту.
  273. Контактный способ производства серной кислоты включает три стадии: очистку газа от вредных для катализатора примесей; контактное окисление сернистого ангидрида в серный; абсорбцию серного ангидрида серной кислотой. Главной стадией является контактное окисление SO2 в SO3 ; по названию этой операции именуется и весь способ.
  274. 2SO2 + O2 >< 2 SO3 + 2 x 96,7 кдж (500 оС) (а)
  275. 58.Расчет материального и теплового баланса печи обжига колчедана, уравнение реакции, схема расчета.
  276. Qф+Qэ+Qв=Qф1+Qп1,
  277. где Qф – физическая теплота, введенная в процесс с исходными веществами; Qэ – теплота экзотермических и физических переходов из одного агрегатного состояния в другое (например, плавление, испарение, конденсация, растворение, кристаллизация). Если тепловой эффект взаимодействия отрицательный, то величину Qэ помещают в расходной части баланса; Qв – теплота, введенная в процесс извне и не принимающая участия в химических реакциях (например, с горючими газами, топливом, нагретой водой и т. д.); Qф1 – физическая теплота, выведенная из процесса с продуктами реакции; Qп1 – потери теплоты в окружающую среду.
  278. Слагаемые теплового баланса рассчитываются по общеизвестным формулам.
  279. Так, физическую теплоту Qф, введенную с исходными веществами или выведенную с продуктами реакции, вычисляют из выражения
  280. Qф=Мсt,
  281. +где М – масса исходного вещества; с – средняя теплоемкость веществ при температуре их поступления; t – температура исходных веществ
  282.  
  283. Тепловой баланс обжига колчедана
  284. ПриходРасходСтатьикДж%СтатьикДж%С сухим колчеданом
  285. С влагой колчедана
  286. С воздухом
  287. С влагой воздуха
  288. Теплота горения колчедана15400
  289. 3650
  290. 152400
  291. 1550
  292. 74399000,2
  293. 0,05
  294. 2,0
  295. 0,02
  296. 97,73С огарком
  297. С газами
  298. Теплопотери через стенку
  299. С воздухом, охлаждающим вал510000
  300. 41832000
  301. 1560000
  302. 13592006,7
  303. 54,9
  304. 20,5
  305. 17,9Итого:7612900100,07612900100,0Тепловой баланс составляется на основании материального баланса, рассчитывается (в кДж) и оформляется в виде таблицы. Для иллюстрации в табл. 1.3 приводятся результаты вычислений теплового баланса полочной печи обжига колчедана.
  306. +Из таблицы видно, что 54,9 % теплоты уносится с отходящими газами, имеющими температуру ~ 700 °С. Поскольку для последующей стадии переработки такого газа необходимо его охлаждение до 20 °С, то фактически вся эта теплота может быть безвозвратно потеряна для производственного процесса.
  307.  
  308. 59.Производство водорода и азотоводородной смеси для синтеза аммиака. Очистка конвертированного газа от оксидов углерода. Очистка промышленных газов от сероводорода.
  309. Сырьем для производства аммиака является азотно-водородная смесь (АВС) стехиометрического состава N2 : Н2 = 1 : 3. Так как ресурсы атмосферного азота практически неисчерпаемы, сырьевая база аммиачного производства определяется вторым компонентом смеси – водородом, который может быть получен разделением обратного коксового газа, газификацией твердого и жидкого топлива, конверсией природного газа и газов переработки нефти.
  310. Структура сырьевой базы производства аммиака менялась, и сейчас свыше 90% аммиака вырабатывается на основе природного газа.
  311. АВС независимо от метода ее получения содержит примеси веществ, некоторые из которых являются каталитическими ядами, вызывающими как обратимое (кислород, оксиды углерода, пары воды), так и необратимое (различные соединения серы и фосфора) «отравление» катализатора. Для удаления этих веществ АВС подвергают предварительной очистке, методы и глубина которой зависят от их природы и содержания, т.е. от способа производства АВС. Обычно АВС, получаемая конверсией природного метана, содержит диоксид углерода, метан, аргон, следы кислорода, оксид углерода.
  312. Для удаления диоксида углерода и сероводорода АВС промывают в башнях с насадкой щелочными реагентами, образующими с ними термически нестойкие соли; водным раствором этаноламина или горячим, активированным добавкой диэтаноламина, раствором карбоната калия.
  313. Для очистки газа от сероводорода обычно применяют два технологических процесса: а) адсорбцию твердым веществом; б) абсорбцию жидкостью. В адсорбционных процессах удаление сероводорода из газа происходит в результате концентрации его на поверхности твердого материала. Обычно промышленными адсорбентами служат зернистые материалы, обладающие в результате специальной обработки большой удельной поверхностью, отнесенной к единице веса. Наиболее распространен метод извлечения сероводорода из газа гидратом окиси железа (Fe2O3H2O). Гидрат окиси железа в очистной массе должен находиться в активных альфа- или гамма-модификациях. 
  314. 60.Синтез аммиака. Промышленные способы получения аммиака.
  315. Для получения аммиака в лаборатории используется реакция щелочей на соли аммония:
  316. NH4Cl + NaOH ? NH3? + NaCl + H2O
  317. Также аммиак лабораторным путём можно получить из хлорида аммония, нагретого вместе с гашёной известью, или разложением гидроксида аммония:
  318. 2NH4Cl + Ca(OH)2 ? CaCl2 + 2NH3 + 2H2O;
  319. NH4OH ? NH3? + H2O.
  320.  
  321. N2 + 3Н2 ? 2NH3 + 103,6 кДж
  322. протекает на катализаторе, в качестве которого используют пористое железо с добавками стабилизирующих и промотирующих элементов (А1, К, Са и др.). Катализатор активен и термически устойчив в области температур 380-560оС. Реакция обратимая, протекает с выделением теплоты и уменьшением объема. Согласно принципу Ле-Шателье понижение температуры и повышение давления сдвигает равновесие реакции в сторону увеличения содержания аммиака.
  323.  
  324.  
  325.  
  326. 61.Физические и химические основы производства аммиака.
  327. Реакция синтеза аммиака из АВС представляет собой обратимую, экзотермическую реакцию, протекающую с уменьшением объёма.
  328. N2 + 3H2 = 2NH3 + Q
  329. Равновесие этой реакции в соответствии с принципом Ле-Шателье может быть смещено вправо:
  330. 1. При снижении температуры
  331. 2. При повышении давления
  332. Для получения примерно 97 % превращения азота и водорода в аммиак при 400 °С необходимо применять давление выше 350 МПа.
  333. Зависимость равновесного выхода аммиака от температуры и давления приведена на рисунке 4.6.
  334.  Рис. 4.6. Зависимость равновесного выхода аммиака от температуры для различных давлений.При 450 °С и 10 МПа в равновесной газовой смеси содержит всего 16 % NH3, а при давлении 30 МПа равновесный выход уже составляет 36 %. Но влияние давления на фактический выход аммиака характеризуется затухающей кривой, поэтому применять очень высокие давления экономически невыгодно.
  335. Выход аммиака повышается с понижением температуры. Однако при этом падает скорость процесса катализа, а следовательно, и общая производительность цеха Даже при сравнительно высоких температурах активационный энергетический барьер молекул азота слишком велик, и образование аммиака протекает крайне медленно. Для снижения энергии активации процесс синтеза ведут на твердых катализаторах при 400 – 500 °С.
  336. Реакция протекает с большой скоростью лишь в присутствии катализатора, значительная активность которого проявляется только при температуре не ниже 450-500єС.
  337. Однако получить значительный выход аммиака можно только при применении высоких давлений.
  338. На основании этого промышленный синтез аммиака осуществляется при температуре 450-500єС, с использованием катализаторов и высоких давлений.
  339. Остановимся на каждом из этих параметров боле подробно:
  340. 1) Температура.Мы уже с вами говорили о том, что для процесса синтеза аммиака существенное значение имеет оптимальный температурный режим.
  341. Синтез аммиака является экзотермической реакцией. Здесь, как и в случае окисления оксида серы в присутствии катализатора, имеет место противоречие, возникающее при проведении обратимых экзотермических реакций.
  342. Противоречие состоит в том, что:
  343. - повышение температуры при экзотермической реакции приводит к уменьшению выхода продукта;
  344. - в то время как снижение температуры влечёт за собой уменьшение скорости реакции.
  345. Решение проблемы заключается в том, что для обеспечения максимальной скорости синтеза процесс следует начинать при максимальной температуре и по мере увеличения степени превращения снижать её в соответствии с режимом оптимальных температур.
  346. 2) Каталитической активностью по отношению к реакции синтеза аммиака обладают металлы, имеющие незавершённый второй снаружи d- или f- электронный уровень: железо, уран, платина и молибден. Наиболее высокую активность проявляют железо, осьмий, рений и уран. Однако рений, осмий и уран дороги и опасны в работе.
  347.  
  348.  
  349.  
  350. В промышленности в качестве катализатора синтеза аммиака используется железо, содержащее активаторы (промоторы), введённые в катализатор в процессе его изготовления.
  351. В качестве промоторов используют оксидыщелочных и щелочноземельных металлов: {Al2O3 + K2O + CaO +SiO2}Такой катализатор достаточно активен и стоек к местным перегревам.
  352. СОЕДИНЕНИЯ СЕРЫ ОТРАВЛЯЮТ КАТАЛИЗАТОР НЕОБРАТИМО, КИСЛОРОД и СО – НЕОБРАТИМО, НО ОЧЕНЬ БЫСТРО И ДАЖЕ В НИЧТОЖНО МАЛЫХ КОНЦЕНТРАЦИЯХ.
  353. Контактную массу готовят сплавлением смеси оксидов железа(Fe3O4), алюминия,калия,кальция и кремния с последующим измельчением массы до размера зёрен катализатора (5 мм).
  354. Оксид железа восстанавливается досвободного железа водородом в колонне синтеза аммиака.
  355. Гетерогенный каталитический процесс синтеза аммиака на железном катализаторе проходит в три стадии.
  356. 1. Диффузия азота и водорода из газового объема к поверхности зерна катализатора и в его порах;
  357. 2. Активированная адсорбция азота и водорода поверхностью катализатора;
  358. 3. Химическое взаимодействие азота и водорода через промежуточные соединения их с катализатором.
  359. В соответствии с представлениями электронной теории катализа водород передает свои электроны катализатору, а азот воспринимает их от катализатора, восстанавливая электронное равновесие. Перегруппировка поверхностных соединений NЧКат и HЧКат проходит последовательно через низшие соединения азота с водородом: имид NH, амид NH2, и, наконец, аммиак NH3
  360. 4. Десорбция аммиака и диффузия его в газовый объем.
  361.  
  362. 62.Получение концентрированной азотной кислоты
  363. В промышленности широко распространены методы концентрирования путем перегонки разбавленных растворов кислоты в присутствии водоотнимающих средств (серной кислоты, фосфорной кислоты и растворов солей азотной кислоты). Процесс концентрирования проводят в две стадии:
  364. 1) получение путем простой отгонки воды (кипячением)
  365. 2)проводить дальнейшее концентрирование путем перегонки в присутствии серной кислоты.
  366. 2NO2+H2SO4?HNSO5+ HNO3
  367. N2О3+H2SO4?HNSО5+ H2O
  368. Во избежании сильной коррозии аппарата нитрозил-серную кислоту разрушают путем нагревания острым паром, при этом происходит ее гидролиз
  369. HNSO5+ H2O? H2SO4+ HNO2
  370. 3HNO2?HNO3+ 2NO+ Н2О
  371.  
  372. 1.Охлаждение нитрозных газов и отделение избытка воды.
  373. 2.Окисление NO до NO2
  374. З.Поглощение NO2 концентрированной азотной кислотой.
  375. 4.Разложение полученного раствора и выделение из него чистого NO2, отбелка полученной концентрированной азотной кислоты от оксидов азота.
  376. 5.Конденсация  N2O4 путем сжижения чистого NO2 при Т=-10;-12°С
  377. 6.Переработка смеси  N2O4 и разбавление азотной кислоты под давлением в присутствие кислорода (автоклавный процесс) по реакции:2N2O4+2H2O+O2?4HNO3+Q
  378.  
  379. 63.Основные направления использования каменного угля. Коксование каменного угля, важнейшие продукты этого процесса: кокс, каменноугольная смола, надсмольная вода.
  380. Каменный уголь используется как технологическое, энерго-технологическое и энергетическое сырьё, при производстве кокса и полукокса в связи с получением из них большого количества химических продуктов (нафталин, фенол, пек и так далее), на основе которых получают удобрения, пластмассы, синтетические волокна, лаки, краски и так далее.
  381. Одно из самых перспективных направлений использования каменного угля — сжижение (гидрогенизация угля) с получением жидкого топлива. Существуют различные схемы неэнергетического использования каменного угля на основе термохимической, химической и другой переработки с целью их полного комплексного использования и обеспечения охраны окружающей среды.
  382. Коксованием называется разновидность сухой перегонки (пиролиза) каменного угля, проводимая при температуре 900-1200єС с целью получения кокса.
  383. Продукты коксового производства:
  384. 1. Кокс – основной продукт коксохимического производства – искусственное твёрдое топливо, выход которого составляет 75% от массы коксуемого угля.
  385. Основные потребители кокса – чёрнаяи цветная металлургия (85% от общего потребления кокса), химическая промышленность.
  386. Кокс служит источником теплоты, участником восстановительных процессов и компонентом реакционной смеси (шихты), обеспечивающим её газопроницаемость и фильтрующую способность.
  387. Каменноугольная смола – вязкая чёрная жидкость, конденсирующаясяпри охлаждении коксового газа, содержащая до 10 000 индивидуальных химических соединений, из которых удалось выделить 300.
  388. Важнейшие химические продукты каменноугольной смолы:
  389. а) ароматические соединения с конденсированными ядрами – нафталин и его производные, фенантрен, антрацен, карбазол, фенол, пиридин, крезолы, лёгкие ароматические углеводороды.
  390. б) сырой бензол – смесь лёгких ароматических, а также непредельных и других углеводородов, которую извлекают из прямого коксового газа поглощением каменноугольными маслами.
  391. Путём ректификации и очистки из бензола получают чистые и технические ароматическиеуглеводороды: бензол, толуол, ксилолы.
  392. Надсмольная вода. Содержит растворённый NH3, а также соли NH4Cl, (NH4)2CO3, (NH4)2S, NH4CN, (NH4)2SO4
  393. 64.Процесс полукоксования торфа и сланцев, важнейшие продукты  процесса.
  394. Полукоксование – процесс термической переработки топлив без доступа воздуха в интервале температур 500 – 600оС. Конечными продуктами процесса являются газ, твердый остаток – полукокс, жидкие – смола и пирогенетическая вода.
  395. Необходимо отметить, что смолы полукоксования нельзя рассматривать как сырье, подобное нефти или высокотемпературной смоле коксования. Главное ее отличие заключается в относительно малом содержании углеводородов, высоком содержании термически нестабильных кислородсодержащих соединений. Вследствие малой стабильности смол реальным решением проблемы утилизации может быть их пиролиз, коксование или термоокислительная переработка с получением малозольного кокса, олефинов, дорожных масел, битумов, котельного топлива.
  396. +При полукоксовании сланцев Поволжья получаемая смола подвергается ректификации с отбором фракций 140 – 270оС и 190 – 325оС. Первая фракция после обработки NаОН и Н2SО4подвергается сульфированию олеумом с последующей нейтрализацией сульфокислот аммиаком. Эти аммонийные соли под названием «ихтиол» используют в качестве антисептика при лечении заболеваний кожи. Из фракции 190 – 325оС, прошедшей сернокислотную очистку и нейтрализацию щелочью, получают пластификатор, используемый в производстве полихлорвиниловых изоляционных материалов. Они применяются для защиты от коррозии подземных газопроводов.
  397. При фракционировании сланцевых смол остаток с температурой кипения выше 360оС подвергается коксованию в кубах с получением так называемого смоляного кокса. Смоляной кокс используется в производстве углеграфитовых материалов, электродов и анодной массы для металлургической промышленности.
  398. Наиболее ценными компонентами, содержащимися в жидких продуктах полукоксования углей и сланцев, являются фенолы. Они содержатся как в надсмольной воде, так и в первичной смоле в количестве до 30 мас.%.
  399.  
  400. 65.Состав природных и попутных газов.
  401. Природные газы состоят в основном из метана. Наряду с метаном в них обычно содержатся этан, пропан, бутан, небольшое количество пентана и высших гомологов и незначительные количества неуглеводородных компонентов: углекислого газа, азота, сероводорода и инертных газов (аргона, гелия и др.).
  402. Попутным газом называется не весь газ данной залежи, а газ, растворенный в нефти и выделяющийся из нее при добыче.
  403. Нефть и газ по выходе из скважины проходят через газосепараторы, в которых попутный газ отделяется от нестабильной нефти, направляемой на дальнейшую переработку.
  404. Попутные газы являются ценным сырьем для промышленного нефтехимического синтеза. Качественно они не отличаются по составу от природных газов, однако количественное отличие весьма существенное. Содержание метана в них может не превышать 25–30%, зато значительно больше его гомологов — этана, пропана, бутана и высших углеводородов. Поэтому эти газы относят к жирным.
  405.  
  406. 66.Основные процессы переработки природных и попутных газов.
  407. Одна из главных областей применения углеводородных газов — это использование их в качестве топлива. Высокая теплота сгорания, удобство и экономичность использования бесспорно ставят газ на одно из первых мест среди других видов энергетических ресурсов.
  408. Другой важный вид использования попутного нефтяного газа — его отбензинивание, т. е. извлечение из него газового бензина на газоперерабатывающих заводах или установках. Газ подвергается при помощи мощных компрессоров сильному сжатию и охлаждению, при этом пары жидких углеводородов конденсируются, частично растворяя газообразные углеводороды (этан, пропан, бутан, изобутан). Образуется летучая жидкость — нестабильный газовый бензин, который легко отделяется от остальной неконденсирующейся массы газа в сепараторе. После фракционирования — отделения этана, пропана, части бутанов — получается стабильный газовый бензин, который используют в качестве добавки к товарным бензинам, повышающей их испаряемость.
  409. Освобождающиеся при стабилизации газового бензина пропан, бутан, изобутан в виде сжиженных газов, нагнетаемых в баллоны, применяются в качестве горючего. Метан, этан, пропан, бутаны служат также сырьем для нефтехимической промышленности.
  410.  
  411. 67.Процесс получения водорода из природного газа
  412. . Процесс отделения водорода от углерода осуществляется в химических паровых реформерах с подводом теплоты при температуре до 8500 градусов по Цельсию через стенку трубы на каталитических поверхностях, которые изготавливаются из корунда, никеля и других материалов. В результате подвода теплоты протекает следующая химическая реакция: CH4+H2O=CO+3H2 Далее протекает реакция с «угарным газом», которая выглядит следующим образом: CO+H2O=CO+H2 . Также иногда вместе с паром в установку подается кислород, процессы аналогичные, за исключением того, что при подаче кислорода также происходит реакция окисления метана кислородом: CH4+O2=2CO+3H2 При таком процессе тепловой эффект равен нулю. В настоящее время уже разработан мембранный проточный аппарат, с помощью которого можно получать водород с чистотой почти 100%, при конверсии чистота кислорода составляет около 72 %. Крекинг метана заключается в нагреве сжиженного метана температурой от 1000 до 1400 градусов по Цельсию. В результате нагрева метан разлагается на карбон и гидроген. Пиролиз природного газа производится с разделение и одновременным удалением из зоны, где протекает процесс, твердых фракции (кокс, сажа) и газовой фракции (водорода), при температуре от 900 до 1900 градусов по Цельсию. Время пребывания исходного газа в теплообменнике регулируется с помощью изменения его масс-объемного состояния.  
  413. 68.Нахождение в природе нефти, состав и физические свойства
  414. Нефть обнаруживается вместе с газообразными углеводородами на глубинах от десятков метров до 5—6 км. Однако на глубинах свыше 4,5—5 км преобладают газовые и газоконденсатные залежи с незначительным количеством лёгких фракций. Максимальное число залежей нефти располагается на глубине 1—3 км. На малых глубинах и при естественных выходах на земную поверхность нефть преобразуется в густую мальту, полутвёрдый асфальт и другие образования
  415. Нефть — жидкость от светло-коричневого (почти бесцветная) до тёмно-бурого (почти чёрного) цвета (хотя бывают образцы даже изумрудно-зелёной нефти). Средняя молекулярная масса 220—400 г/моль (редко 450—470). Плотность 0,65—1,05 (обычно 0,82—0,95) г/смі; нефть, плотность которой ниже 0,83, называется лёгкой, 0,831—0,860 — средней, выше 0,860 — тяжёлой.
  416. В состав нефти входит около тысячи индивидуальных веществ, из которых большая часть — жидкие углеводороды (более 500 веществ, обычно составляющих 80—90 % массы нефти) и органические соединения, включающие в себя другие элементы (4—5 %), в основном серу (около 250 веществ), азот (более 30 веществ) и кислород (около 85 веществ), а также металлоорганические соединения (главным образом ванадиевые и никелевые), растворённые углеводородные газы (C1-C4, от десятых долей до 4 %), вода (от следов до 10 %), минеральные соли (главным образом хлориды, 0,1—4000 мг/л и более), растворы солей органических кислот и механические примеси[12].
  417. В основном в нефти представлены парафиновые (обычно 30—35, реже 40—50 % по объёму) и нафтеновые (25—75 %) соединения. В меньшей степени — соединения ароматического ряда (10—20, реже 35 %) и смешанного, или гибридного строения (например, парафино-нафтеновые, нафтено-ароматические).
  418.  
  419. 69.Первичная  переработка нефти. Основные фракции ее разделения, их использование.
  420. Переработка нефти начинается с ее первичной перегонки. Процесс перегонки происходит в ректификационной колонне, представляющей собой вертикальный цилиндрический аппарат высотой до 30м и диаметром до 4м. Внутреннее пространство колонны разделено на отсеки большим количеством горизонтальных дисков (тарелок), в которых имеются отверстия для прохождения через них паров нефти.  При первичной перегонке нефти получают широкий ассортимент фракций и нефтепродуктов, различающихся по границам температур кипения, углеводородному и химическому составу, вязкости, температурам вспышки, застывания и другим свойствам.
  421. Бензиновая фракция с пределами выкипания 28-180°С преимущественно подвергается вторичной перегонке для получения узких фракций (28-63, 62-85, 85-105°С). Эти фракции служат сырьем для процессов изомеризации, каталитического риформинга с целью получения индивидуальных ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилолов), высокооктановых компонентов автомобильных и авиационных бензинов, а также в качестве сырья для пиролиза при получении этилена.
  422. Керосиновая фракция с температурами выкипания 120-230°С используется как топливо для реактивных двигателей; фракцию 150-280°С из малосернистых нефтей используют как осветительные керосины; фракцию 140-200 С - как растворитель для лакокрасочной промышленности.
  423. Дизельная фракция с температурами выкипания 140-320°С используется в качестве дизельного топлива зимнего, фракция 180-360°С - в качестве летнего. Фракция 200-320°С из высокопарафиновой нефти используется как сырье для получения жидких парафинов.
  424. Мазут применяется как котельное топливо или в качестве сырья установок вакуумной перегонки, а также термического, каталитического крекинга и гидрокрекинга.
  425. Вакуумный газойль (350-500°С) используется в качестве сырья каталитического крекинга и гидрокрекинга.
  426. Узкие масляные фракции с пределами выкипания (320-400°С, 320-420,...,450-500°С) используют как сырье для производства минеральных масел различного назначения и твердых парафинов.
  427. Гудрон - остаток вакуумной перегонки мазута - подвергают деасфальтизации, коксованию, используют в производстве битума.
  428.  
  429. 70.Термические процессы переработки нефтепродуктов
  430.  
  431. Термический крекинг – это высокотемпературная (при 500-550оС) переработка углеводородов нефти для получения сырья сажевого производства, бензина, кокса и др.
  432. Висбрекинг – это мягкий термический крекинг (450-500оС) для получения котельного топлива путем снижения вязкости мазутов, гудронов и полугудронов.
  433. Пиролиз – термическое разложение углеводородов под действием высоких температур 700-900оС, чаще всего для получения газообразных непредельных соединений (этилена и пропилена).
  434.  
  435. Коксование – высокотемпературный процесс получения из остаточного сырья электродного иди топливного кокса (при температуре 490-500оС).
  436. При термической деструкции углеводородов (при температуре 500-900оС) происходит образование продуктов с меньшей молекулярной массой, одновременно имеют место реакции синтеза.
  437. Реакции распада: крекинг, дегидрирование, деалкилирование, дециклизация.
  438. Реакции синтеза: конденсация, полимеризация, дегидроциклизация.
  439. Реакции распада сопровождаются поглощением энергии. Эти реакции эндотермические. Реакции синтеза часто протекают с выделением энергии и их относят к экзотермическимреакциям.
  440. Так как реакции обеих групп протекают с изменением объема, то для них имеет большое значение изменение внешнего давления. Увеличение давления для реакций, идущих с уменьшением объема, приводит к смещению равновесия вправо (к продуктам реакции). Напротив, для реакций, идущих с увеличением объема, сдвиг вправо (в сторону образования продуктов реакции) происходит при понижении давления. Не смотря на то, что термическое разложение происходит с увеличением объема практически все процессы ведут при повышенном давлении( около или более 5МПа). Повышенное давление позволяет подавить реакции глубокого распада, приводящие к повышенному газообразованию, то есть получению нецелевого продукта.

Share with your friends:

Print