Министерство образования и науки Украины

Украинский государственный химико-технологический университет

КАФЕДРА ОБЩЕЙ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

РАСЧЕТЫ В КУРСЕ

ОБЩЕЙ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Днепропетровск

2004 год

2

УДК 669.01.010(075.8)

Расчеты процессов и реакторов в курсе общей химической технологии.- Украинский государственный химико - технологический университет. - Днепропетровск, 2004. - 104 с.

Учебное пособие содержит пояснения и примеры решения задач в курсе общей химической технологии.

Предназначено для студентов всех специальностей дневной и заочной форм обучения.

Авторы: д.т.н. В.Д. Барский, д.х.н. Л.А. Снежко, к.т.н. А.А. Чернышев.

Рекомендовано Ученым Советом Украинского государственного химико-технологического университета как учебное пособие

Днепропетровск 2004

УГХТУ, кафедра общей химической технологии

	3
ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................................................	6
1. РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ХТП............................................................................	7
1.1. Расчет приходной части баланса ..........................................................................	8
1.1.1. Расчет состава и расхода потока.................................................................................................	8
1.1.2. Газы и их смеси..........................................................................................................................	10
1.1.3.Способы выражения концентрации растворов ........................................................................	11
1.1.4.Степень превращения и выход продуктов................................................................................	12
1.2. Расчет по уравнению химической реакции........................................................	14
1.4. Расчет расходной части баланса.........................................................................	15
1.5. Сводная таблица материального баланса...........................................................	15
1.6. Примеры решения задач..........................................................................................	16
1.6.1. Простейшие упражнения...........................................................................................................	16
1.6.2.Расчет состава равновесной смеси и степени превращения...................................................	18
1.6.3. Расчет материального баланса обратимых реакций...............................................................	19
1.6.4.Расчет материального баланса обратимых реакций, протекающих при смешении газовых
потоков..................................................................................................................................................	24
1.6.5. Расчет материального баланса обратимых реакций при заданной производительности
реактора.................................................................................................................................................	26
1.6.6. Расчет материального баланса при одновременном протекании нескольких реакций.......	30
2. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ХТП......................................................................................	36
2.1. Основные расчетные соотношения .....................................................................	36
2.2. Примеры решения задач..........................................................................................	39
3. РАСЧЕТ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ.......................................................................................	45
3.1. Основные расчетные соотношения......................................................................	45
3.2. Примеры решения задач..........................................................................................	52
4. РАСЧЕТЫ НА ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРАХ..............................................................	57
УГХТУ, кафедра общей химической технологии

	4
4.1. Расчет Кр....................................................................................................................	57
4.2. Расчет равновесной степени превращения ХА*..................................................	58
4.3. Расчет реактора с использованием эмпирических зависимостей..................	60
4.3.1. Программа расчета реактора средствами Mathcad .................................................................	62
ЛИТЕРАТУРА.........................................................................................................................................	67
ПРИЛОЖЕНИЯ......................................................................................................................................	68
Приложение 1. Термодинамические свойства веществ...........................................	68
Приложение 2. Средняя мольная теплоемкость веществ......................................	70
Приложение 3. Соотношения размерностей физических величин .......................	70
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ..............................................................................................................	72
Раздел 1..............................................................................................................................	72
Раздел 2..............................................................................................................................	73
Раздел 3..............................................................................................................................	74
Раздел 4.............................................................................................................................	76
Раздел 5..............................................................................................................................	77
Раздел 6..............................................................................................................................	78
ЗАДАЧИ....................................................................................................................................................	80
Задание 1............................................................................................................................	80
Задание 2............................................................................................................................	80
Задание 3............................................................................................................................	82
Задание 4............................................................................................................................	82
УГХТУ, кафедра общей химической технологии

	5
Задание 5............................................................................................................................	84
Задание 6............................................................................................................................	86
Задание 7............................................................................................................................	89
Задание 8............................................................................................................................	93
Задание 9............................................................................................................................	96
Задание 10..........................................................................................................................	98
Задание 11........................................................................................................................	100
Задание 12........................................................................................................................	101
Задание 13........................................................................................................................	102
Задание 14........................................................................................................................	104

УГХТУ, кафедра общей химической технологии

6

ВВЕДЕНИЕ

Курс общей химической технологии обобщает знания, полученные студентами по физике, общей, аналитической и физической химии. Расчетный практикум призван дать навыки вычислений основных показателей химико-технологического процесса (ХТП) – степени превращения сырья, выхода продуктов, селективности. Успешное выполнение контрольных заданий зависит также от умения определять концентрации взаимодействующих веществ, выполнять вычисления по стехиометрическим уравнениям, свободно владеть пересчетами из одних размерностей в другие, понимать и применять основные принципы составления балансовых уравнений.

Исходя из этих соображений, авторы включили в предлагаемое пособие задачи нарастающей сложности, призванные, с одной стороны, закрепить основные элементы расчетов из общих химических курсов, а с другой – дать представления об алгоритме расчета реакторов, основанном на решении уравнений гидродинамики, термодинамики, кинетики, материального и теплового балансов. В данном пособии сделана попытка последовательного подведения студента к выполнению расчета реактора в целом после овладения отдельными элементарными этапами вычислений.

В настоящем пособии впервые предлагается унифицированная форма составления балансовых задач, облегчающая их компьютерное решение. Даны подробные комментарии и примеры решения задач, в том числе с применением ПЭВМ в про-

граммах Excel и Mathcad.

Приведены контрольные вопросы по программе курса ОХТ и варианты заданий для расчетных и лабораторных занятий, а также для выполнения контрольных работ студентами заочного отделения.

УГХТУ, кафедра общей химической технологии