Теоретические основы химической технологии

Июль 24, 2022

Главная
Химия
Теоретические основы химической технологии

Содержание

2. Основу химического производства составляет ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС – последовательность процессов целенаправленной переработки исходных веществ в продукт, включающие
3. Классификация химико-технологических процессов Механические и гидромеханические процессы -протекают без изменения химического и фазового состава обрабатываемого материала.
4. Классификация химико-технологических процессов Химические процессы - коренное изменение химического состава в химических реакторах. В химическом производстве
5. Математическое моделирование как метод исследования химических процессов и реакторов Моделирование - метод исследования объекта (явления, процесса,
6. Модель специально создают, чтобы исследовать выбранные свойства объекта. Для изучения разных свойств объекта может быть создано
7. При исследовании процесса на каждой модели исследуются отдельные явления и влияние соответствующих параметров процесса. Учитываемые в
8. модель должна предсказывать неизвестные свойства объекта, давать о нем новую информацию. Это может быть достигнуто, во-первых,
9. ИЕРАРХИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА В РЕАКТОРЕ Общая химическая технология
10. Условия процесса состав исходной реакционной смеси (начальные концентрации реагентов – сi0), объём поступающего потока (нагрузка на
11. Свойства составляющих процесса – характеристики химического процесса: схема превращения, тип реакций (вид кинетического уравнения), энергия активации,
12. ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА степень превращения х, селективность S, выход продукта Е, профили концентраций, степени превращения и температуры
13. СТЕХИОМЕТРИЯ Стехиометрические уравнения показывают, в каких соотношениях вещества вступают в химическое взаимодействие. Общий вид стехиометрического уравнения:
14. Алгебраическая форма стехиометрических уравнений Уравнение, связывающее количества прореагировавших веществ, стехиометрическое уравнение в алгебраической форме: ∑ νi
15. АЛГЕБРАИЧЕСКАЯ ФОРМА СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ Используя алгебраическую форму стехиометрического уравнения, получим основное стехиометрическое соотношение между количествами превратившихся
16. Стехиометрически независимые уравнения На основании стехиометрической количественной связи между реагентами можно рассчитать состав реакционной смеси в
17. БАЗИСНАЯ СИСТЕМА СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ, однозначно и полно описывающая процесс, должна содержать число стехиометрически независимых уравнений, определяемых
18. АЛГОРИТМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИ ЗАВИСИМЫХ УРАВНЕНИЙ Реагирует n веществ А1, А2, А3 ,..., Аn. Их взаимодействие описано
19. Матрицу стехиометрических коэффициентов надо привести к виду с единичными элементами по диагонали 1 а21 а31 …
20. СТЕПЕНЬ ПРЕВРАЩЕНИЯ - отношение количества превращенного исходного вещества N0 – N к его начальному количеству N0.
21. Количество любого вещества Ni в реагирующей смеси можно определить по формуле: В сложной реакции полнота превращения
22. СТЕХИОМЕТРИЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАСЧЕТАХ КОНЦЕНТРАЦИИ КОМПОНЕНТОВ В РЕАКЦИОННОЙ СМЕСИ Стехиометрическое уравнение и степень превращения определяют изменение
24. Скачать презентацию

Слайд 2

Основу химического производства составляет ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
– последовательность процессов целенаправленной переработки

исходных веществ в продукт, включающие химические и физико-химические процессы и их сочетание.
В совокупном химико-технологическом процессе выделяются следующие виды отдельных процессов и операций, классифицированных по их основному назначению, и соответствующие аппараты или машины, в которых они осуществляются.

Общая химическая технология

Слайд 3

Классификация химико-технологических процессов
Механические и гидромеханические процессы -протекают без изменения химического и

фазового состава обрабатываемого материала. Осуществляются через 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 - межфазный обмен, в результате которого меняется компонентный состав контактирующих фаз без коренного изменения химического состава, т.е. химических превращений. К ним относятся растворение, кристаллизация, сушка, дистилляция, ректифиация, абсорбция, экстракция, десорбция, осуществляемые в соответствующих аппаратах - кристаллизаторах, сушилках, дистилляторах, ректификаторах, абсорберах, экстракторах, десорберах.

Общая химическая технология

Слайд 4

Классификация химико-технологических процессов
Химические процессы - коренное изменение химического состава в

химических реакторах.
В химическом производстве осуществляются также:
энергетические процессы - взаимное преобразование различных видов энергии (тепловой, механической, электрической) в турбинах, генераторах, моторах.
информационно-управляющие процессы - получение и передача информации о состоянии потоков и веществ, выработка и передача сигналов на управление процессами. Осуществляются через - датчики состояния потоков и оборудования (температуры, давления, состава, скорости вращения двигателей и т.д.), сигнальные и информационные системы, системы автоматического регулирования, включая управляющие вычислительные машины, и др.

Общая химическая технология

Слайд 5

Математическое моделирование как метод исследования химических процессов и реакторов
Моделирование - метод

исследования объекта (явления, процесса, устройства) на модели: исследование самого объекта заменяют исследованием его модели. Полученные свойства модели переносят на свойства моделируемого объекта.
Модель - специально созданный объект любой природы, более простой, чем исследуемый, по всем свойствам, кроме тех, которые надо изучить, и способный заменить исследуемый объект так, чтобы получить новую информацию о нем.

Общая химическая технология

Слайд 6

Модель специально создают, чтобы исследовать выбранные свойства объекта.
Для

изучения разных свойств объекта может быть создано несколько его моделей, каждая из которых отвечает определенной цели исследования (единство "цель-модель«).
Если модель отражает большее (или меньшее) число свойств, то она называется широкой (или узкой). Используемое иногда понятие "общая модель" как отражающая все свойства объекта, - бессмысленно по сути.

Общая химическая технология

Слайд 7

При исследовании процесса на каждой модели исследуются отдельные явления и влияние

соответствующих параметров процесса.
Учитываемые в каждой модели явления и параметры - составляющие модели.
На изучаемые свойства модели должны оказывать влияние те же факторы, что и на свойства объекта. Составляющие и параметры процесса, влияющие на изучаемые свойства – существенные составляющие модели.
Изменение некоторых параметров может очень слабо влиять на свойства объекта. Такие составляющие и параметры называют несущественными, и их можно не учитывать в модели.
Соответственно, простая модель содержит лишь существенные составляющие, иначе модель будет избыточной.

Общая химическая технология

Слайд 8

модель должна предсказывать неизвестные свойства объекта, давать о нем новую информацию.
Это

может быть достигнуто,
во-первых, если модель простая, и ее можно исследовать, работать с ней,
во-вторых, если она полная, чтобы могли проявиться изучаемые свойства.

творчество и научный подход к построению модели - выделить именно те явления и учесть те параметры, которые существенны для изучаемых свойств.

Общая химическая технология

Слайд 9

ИЕРАРХИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА В РЕАКТОРЕ
Общая химическая технология

Слайд 10

Условия процесса
состав исходной реакционной смеси (начальные концентрации реагентов – сi0),
объём

поступающего потока (нагрузка на реактор V0),
температуры T в реакторе (для изотермического процесса),
температуры входного потока T0,
температура теплоносителя (хладоагента) TX (для процессов с теплоотводом).

Общая химическая технология

Слайд 11

Свойства составляющих процесса
– характеристики химического процесса:
схема превращения,
тип реакций (вид кинетического

уравнения),
энергия активации,
тепловой эффект;
для неизотермических процессов – параметры теплоотвода (коэффициенты теплопередачи, поверхность теплообмена, теплофизические свойства потока).

Общая химическая технология

Слайд 12

ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА
степень превращения х,
селективность S,
выход продукта Е,
профили концентраций, степени

превращения и температуры в реакторе,
изменение концентраций, степени превращения и температуры во времени.
Зная эти показатели, можно далее определить конструктивные параметры реактора, энергетические затраты, экономические показатели.

Общая химическая технология

Слайд 13

СТЕХИОМЕТРИЯ
Стехиометрические уравнения показывают, в каких соотношениях вещества вступают в химическое

взаимодействие.
Общий вид стехиометрического уравнения:
νAA + νBB + .... = νRR + νSS +...
где А, В,... - исходные вещества; R, S,... - продукты; νA, νB,νR ,, νS ... - стехиометрические коэффициенты.
Стехиометрическое уравнение устанавливает соотношение между количествами превратившихся веществ:
(NA0 – NA)/ νA = (NB0 – NB)/ νB = (NR – NR0)/ νR = (NS – NS0)/ νS,
где NA0, NB0, NR0, NS0 - начальные количества компонентов A, B, R, S; NA, NB, NR0, NS - количества тех же компонентов после превращения.

Слайд 14

Алгебраическая форма стехиометрических уравнений
Уравнение, связывающее количества прореагировавших веществ, стехиометрическое уравнение

в алгебраической форме:
∑ νi Ai=0, где Ai - наименование веществ (Ai ≡ A, B, …, R, S…)
νi - стехиометрический коэффициент i-го вещества.
В этой формуле принято:
νi < 0 для исходных веществ, которые расходуются,
νi > 0 для продуктов, которые образуются.
νi = 0 для веществ,которые в реакции не участвуют или для инертного вещества
Для сложной реакции стехиометрические уравнения в алгебраической форме :
∑ νij Ai=0 j =1,2…
где j – индекс (номер) стехиометрического уравнения;
νij - стехиометрический коэффициент i-го вещества в j-м стехиометрическом уравнении (νij = 0, если вещество не входит в j-е стехиометрическое уравнение).

Слайд 15

АЛГЕБРАИЧЕСКАЯ ФОРМА СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ
Используя алгебраическую форму стехиометрического уравнения, получим основное стехиометрическое

соотношение между количествами превратившихся веществ:
(N1 - N10)/ ν1 = (N2 - N20)/ ν2 = ..... = (N i – N i0)/ νi = const,
где N10, N20,..., N i0 - начальные количества компонентов;
N1, N 2… N i - количества компонентов после превращения;
ν1, ν2 ... νi - стехиометрические коэффициенты.
Исходные вещества убывают и для них (Ni - Ni0) < 0, продукты образуются и для них (Ni - Ni0) > 0. Соответствующий знак имеют стехиометрические коэффициенты νi для исходных веществ (νi < 0) и продуктов (νi > 0).

Слайд 16

Стехиометрически независимые уравнения
На основании стехиометрической количественной связи между реагентами можно

рассчитать состав реакционной смеси в химическом превращении.
Стехиометрические уравнения служат для составления материальных балансов в химически реагирующей системе и на этой основе- тепловых балансов и расчетов основных технологических показателей: расходный коэффициент, степень превращения, выход продукта, селективность.
Для расчета материальных и тепловых балансов необходимо использовать только стехиометрически независимые уравнения, т.е. такую систему уравнений, в которой ни одно из них не может быть получено линейной комбинацией других.

Слайд 17

БАЗИСНАЯ СИСТЕМА СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ,
однозначно и полно описывающая процесс, должна содержать

число стехиометрически независимых уравнений, определяемых уравнениями:
Для реакций обмена:
У = В – (Э – 1),
где В - число веществ, Э - число элементов, из которых состоят вещества
Для ОВР: У = В – Э
(соблюдается не только поэлементный баланс, но и баланс по электронам)

Слайд 18

АЛГОРИТМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИ ЗАВИСИМЫХ УРАВНЕНИЙ
Реагирует n веществ А1, А2, А3

,..., Аn.
Их взаимодействие описано m уравнениями вида ∑νiAi=0, которые представим в матричной форме:
ν11 ν21 ν31 … νn1 А1
ν12 ν22 ν32 … νn2 А2
ν13 ν23 ν33 … νn2 × А3 = 0
………………………. ….
ν1m ν2m ν3m … νnm А4

Слайд 19

Матрицу стехиометрических коэффициентов надо привести к виду с единичными элементами по

диагонали
1 а21 а31 … аn 1
0 1 а32 … аn 2
0 0 1 … аn 3
… … … … ….
0 0 0 0 аn m
.
Если появится строчка с нулевыми коэффициентами, то соответствующее уравнение лишнее.

Слайд 20

СТЕПЕНЬ ПРЕВРАЩЕНИЯ
- отношение количества превращенного исходного вещества N0 –

N к его начальному количеству N0.
Степень превращения может быть определена для любого исходного реагента, например,
xВ = (NВ0 - NВ)/NВ0.
Связь между степенями превращения двух исходных веществ:

Слайд 21

Количество любого вещества Ni в реагирующей смеси можно определить по формуле:
В

сложной реакции полнота превращения определяется для каждого стехиометрического уравнения. Определив xAj - его степень превращения в каждом j-ом уравнении, можно рассчитать количество Ni любого компонента:

Слайд 22

СТЕХИОМЕТРИЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАСЧЕТАХ КОНЦЕНТРАЦИИ КОМПОНЕНТОВ В РЕАКЦИОННОЙ СМЕСИ
Стехиометрическое уравнение

и степень превращения определяют изменение количества вещества. На практике состав смеси выражают через концентрации компонентов:
Общее количество реагирующей смеси
Начальные концентрации
Текущие концентрации компонентов реакционной смеси

Теоретические основы химической технологии

Содержание

Основу химического производства составляет ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС – последовательность процессов целенаправленной переработки

Классификация химико-технологических процессовМеханические и гидромеханические процессы -протекают без изменения химического и

Классификация химико-технологических процессов Химические процессы - коренное изменение химического состава в

Математическое моделирование как метод исследования химических процессов и реакторовМоделирование - метод

Модель специально создают, чтобы исследовать выбранные свойства объекта. Для

При исследовании процесса на каждой модели исследуются отдельные явления и влияние

модель должна предсказывать неизвестные свойства объекта, давать о нем новую информацию.Это

ИЕРАРХИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА В РЕАКТОРЕОбщая химическая технология

Условия процесса состав исходной реакционной смеси (начальные концентрации реагентов – сi0), объём

Свойства составляющих процесса – характеристики химического процесса:схема превращения,тип реакций (вид кинетического

ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА степень превращения х, селективность S,выход продукта Е, профили концентраций, степени

СТЕХИОМЕТРИЯ Стехиометрические уравнения показывают, в каких соотношениях вещества вступают в химическое

Алгебраическая форма стехиометрических уравнений Уравнение, связывающее количества прореагировавших веществ, стехиометрическое уравнение

АЛГЕБРАИЧЕСКАЯ ФОРМА СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙИспользуя алгебраическую форму стехиометрического уравнения, получим основное стехиометрическое

Стехиометрически независимые уравнения На основании стехиометрической количественной связи между реагентами можно

БАЗИСНАЯ СИСТЕМА СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ, однозначно и полно описывающая процесс, должна содержать

АЛГОРИТМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИ ЗАВИСИМЫХ УРАВНЕНИЙРеагирует n веществ А1, А2, А3

Матрицу стехиометрических коэффициентов надо привести к виду с единичными элементами по

СТЕПЕНЬ ПРЕВРАЩЕНИЯ - отношение количества превращенного исходного вещества N0 –

Количество любого вещества Ni в реагирующей смеси можно определить по формуле:В

СТЕХИОМЕТРИЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАСЧЕТАХ КОНЦЕНТРАЦИИ КОМПОНЕНТОВ В РЕАКЦИОННОЙ СМЕСИ Стехиометрическое уравнение

Похожие презентации

Основу химического производства составляет ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
– последовательность процессов целенаправленной переработки

Классификация химико-технологических процессов
Механические и гидромеханические процессы -протекают без изменения химического и

Классификация химико-технологических процессов
Химические процессы - коренное изменение химического состава в

Математическое моделирование как метод исследования химических процессов и реакторов
Моделирование - метод

Модель специально создают, чтобы исследовать выбранные свойства объекта.
Для

модель должна предсказывать неизвестные свойства объекта, давать о нем новую информацию.
Это

ИЕРАРХИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА В РЕАКТОРЕ
Общая химическая технология

Условия процесса
состав исходной реакционной смеси (начальные концентрации реагентов – сi0),
объём

Свойства составляющих процесса
– характеристики химического процесса:
схема превращения,
тип реакций (вид кинетического

ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА
степень превращения х,
селективность S,
выход продукта Е,
профили концентраций, степени

СТЕХИОМЕТРИЯ
Стехиометрические уравнения показывают, в каких соотношениях вещества вступают в химическое

Алгебраическая форма стехиометрических уравнений
Уравнение, связывающее количества прореагировавших веществ, стехиометрическое уравнение

АЛГЕБРАИЧЕСКАЯ ФОРМА СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ
Используя алгебраическую форму стехиометрического уравнения, получим основное стехиометрическое

Стехиометрически независимые уравнения
На основании стехиометрической количественной связи между реагентами можно

БАЗИСНАЯ СИСТЕМА СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ,
однозначно и полно описывающая процесс, должна содержать

АЛГОРИТМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИ ЗАВИСИМЫХ УРАВНЕНИЙ
Реагирует n веществ А1, А2, А3

СТЕПЕНЬ ПРЕВРАЩЕНИЯ
- отношение количества превращенного исходного вещества N0 –

Количество любого вещества Ni в реагирующей смеси можно определить по формуле:
В

СТЕХИОМЕТРИЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАСЧЕТАХ КОНЦЕНТРАЦИИ КОМПОНЕНТОВ В РЕАКЦИОННОЙ СМЕСИ
Стехиометрическое уравнение