Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
53
Добавлен:
07.01.2014
Размер:
71.17 Кб
Скачать

ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И РЕАКТОРЫ

1-2. Введение. Место курса в цикле инженерно-химических дисциплин. Ознакомление с объектом исследования-изучения: представление о химическом реакторе (ХР), обзор конструкций и структурные элементы ХР (реакционная зона, ввод и вывод потоков, узлы смешения и разделения потоков, теплообменники поверхностный и смешения). Структура процессов в ХР.

Моделирование - научный метод исследования процессов. Определение и основные понятия. Физическое и математическое моделирование, их применение в исследовании процессов химической технологии и особенности для изучения ХПиР. Схема математического моделирования ХР. Место и значение эксперимента - эксперимент не исключается, но он - прецезионный, для определения закономерностей отдельных явлений в ХР. Иерархическая структура процессов в ХР: кинетика, элементарный объем (химический процесс), реакционная зона, химический реактор, - и иерархическая система моделей.

3-4. Физико-химические закономерности: стехиометрические, термодинамические, кинетические, - необходимые для анализа и разработки ХР.

Стехиометрические закономерности. Стехиометрические уравнения для балансовых расчетов. Простая реакция, алгебраическая форма записи. Степень превращения Х, связь количеств и концентраций веществ. Сложная реакция - число независимых уравнений, их определение для обменных и окислительно-восстановительных реакций. их выбор. Пример определения результата превращения. Степени превращения ключевого вещества в частных реакциях Хj, выход продукта ЕR, селективность процесса по продукту SR. Метод расчета состава сложной реагирующей смеси через Хj для частных реакций.

5-6. Термодинамические закономерности. Определение возможности протекания реакции по знаку энергии Гиббса. Изменение энтальпии в реакции H и тепловой эффект реакции Qp, их определение в термохимическом уравнении и по теплоте превращения веществ в реакции. Экзо- и эндотермические реакции. Константа равновесия, ее связь с теплотой реакции и зависимость от температуры Т. Равновесные состав реагирующей смеси и степень превращения Хр. Зависимость Хр(Т) для экзо- и эндотермических реакций. Способы изменения равновесного превращения (температура, давление, разбавление, избыток реагента, выделение продукта - примеры).

Кинетические закономерности. Схема превращения и отличие ее от системы стехиометрических уравнений. Скорость превращения вещества W и скорость реакции r. Их определение (понятие) и взаимосвязь для простой и сложной реакций. Кинетическое уравнение, зависимость скорости реакции от температуры и концентрации. Константа скорости и уравнение Аррениуса.

7-8. Химический процесс (ХП) - определение, классификация по фазовому признаку (гомогенный и гетерогенный) и способу взаимодействия реагентов (непосредственное, катализ и физическое воздействие). Задачи исследования ХП - определение зависимости скорости превращения в элементарном объеме (см. структуру процессов ХР) от условий в нем - наблюдаемая скорость превращения.

Гомогенный ХП. Определение, примеры. Зависимость скорости превращения для простой реакции от концентрации, температуры для простых (необратимой и обратимой) и сложных реакций. Оптимальные температуры - определение и ее изменение со степенью превращения. Дифференциальная селективность для сложных реакций (параллельной и последовательной) и зависимость ее от температуры и порядка частных реакций.

Способы управления интенсивностью и селективностью процесса.

9-10. Гетерогенный ХП. Определение, фазовый состав, классификация по виду фаз. Понятие наблюдаемой скорости превращения и общий (функциональный) вид ее зависимости от условий процесса. Идентичность систем “г-т” и “ж-т”, “г-ж” и “ж-ж” для их изучения.

Гетерогенный ХП "газ(ж)-твёрдое". Примеры.

Схема и структура процесса "сжимающаяся сфера". Математическое описание. Наблюдаемая скорость превращения Wн и время полного превращения tк. Понятия лимитирующей стадии: “быстрая”, минимальная интенсивность, максимальная движущая сила, “определяющая”, - корректность определений и применимость. Режимы и лимитирующие стадии процесса “г-т”. Изменение размера частицы , степени превращения твердого xт и Wн во времени (приведенного t/tк). Влияние условий (С0, Т, u, R0) на интенсивность процесса (по влиянию на tк). Пути интенсификации.

11-12. Схема и структура процесса "сжимающееся ядро". Математическое описание в общем виде. Наблюдаемая скорость превращения и время полного превращения в кинетической, внутридиффузионной и внешнедиффузионной областях (вывод из общего описания процесса). Изменение размера ядра я, xт и Wн во времени (t/tк). Влияние условий (С0, Т, u, R0) на интенсивность процесса(по влиянию на tк). Пути интенсификации.

13-14. Гетерогенный процесс "газ(ж)-жидкость". Примеры. Схема и структура процесса с реакцией в объёме. Математическое описание. Наблюдаемая скорость превращения Wн, режимы процесса. Зависимость Wн от условий процесса (Рг, Сж(!), Т, u, удельной поверхности раздела фаз, растворимости(-!)) Пути интенсификации.

15-16. Каталитический ХП. Определение катализа, влияние катализа на равновесие. Классификация каталитических процессов (гомогенный, гетерогенный и микрогетерогенный). Структура гетерогенно-каталитического ХП.

ХП на непористом зерне катализатора. Описание изотермического процесса. Наблюдаемая скорость превращения, влияние на нее условий протекания процесса (Т, u). Режимы процесса. Пути интенсификации.

17-18. ХП в пористом зерне катализатора. Структура и математическое описание. Модуль Зельдовича-Тиле . Наблюдаемая скорость превращения Wн и степень использования внутренней поверхности . Зависимость (). Режимы процесса и области значений  , о неприменимости понятия лимитирующей стадии как “определяющей”. Влияние на Wн условий протекания процесса (Т, R0). Пути интенсификации. Процесс на зерне “шар”. Приведенный размер зерна Rпр = vз/Sз и приведенный параметр пр. Определение  для зерен разной формы через Rпр.

19-20. Химический реактор (ХР). Структура потоков в масштабе ХР и ее значение для построения модели ХР, общая структура математической модели процесса. Построение математических моделей процесса в ХР различного типа, их классификация - ИС-п, ИС-н, ИВ.

21-22. Изотермический процесс в ХР. Модели ИС-п и ИВ. Их математическая идентичность - !. Преобразование, решение и анализ уравнений (модели) - зависимости С(), Х(). Интерпретация свойств модели на свойства процесса - распределение концентраций по объёму и во времени для ИС-п и ИВ. Зависимость показателей процесса (С(), Х(), селективность S и выход продукта Е) от типа реакции (простые необратимая и обратимая, сложные параллельная и последовательная) и условий (С0, Т, порядки реакций).

23-24. Модель ИС-н. Преобразование, решение и анализ уравнений (модели) - зависимости С(), Х().Интерпретация свойств модели на свойства процесса - распределение концентраций по объёму для разных (!) реакторов. Зависимость показателей процесса (С(), Х(), S, E) от типа реакции (простые необратимая и обратимая, сложные параллельная и последовательная), параметров и условий (С0, Т, порядки реакций) - они идентичны свойствам модели ИС-п и ИВ (!).

Сопоставление с режимом ИВ по интенсивности и селективности процесса. Использование реакторов с различной структурой потока.

25-26. Неизотермический процесс в ХР. Способы организации теплообмена - без теплообмена (адиабатический процесс), с промежуточным и одновременным теплообменом.

Процесс в реакторах ИС-п и ИВ. Описание процесса. Величина адиабатического разогрева. Профили температур и концентраций и влияние на них условий теплообмена (адиабатический процесс и с теплообменом) и знака теплового эффекта реакции. Сопоставление профилей Т и Х в изотермическом и неизотермическом процессах Связь температуры и степени превращения в адиабатическом процессе. Диаграмма “Т-Х”. Влияние условий процесса (С0 для адиабатического и Тх для процесса с теплообменом) на профиль Т.

27-28. Процесс в реакторе ИС-н. Описание процесса. Связь температуры и степени превращения в адиабатическом процессе и сопоставление зависимостей Т(X) для ИС-н и ИВ. Сопоставление адиабатических процессов ИС-н и ИВ.

Число стационарных состояний, их устойчивость и область существования режимов в реакторе ИС-н. Аналогия с процессами “г-т” и на непористом зерне катализатора. Практическое значение неоднозначности режимов (возможность их осуществления, “зажигание” и “потухание” процесса, тепловой взрыв).

29-30. Автотермические реакторы - их преимущества (не нужен теплоноситель, рекуперация тепла) и недостатки (неустойчивость - причина и диаграмма “Тк-Тн).

31-34. Реакторы для гомогенных, гетерогенных (“г-т” и “г-ж”) и каталитических процессов - общий вид некоторых реакторов, модель процесса в них (в рамках исследованных), преимущества и недостатки показанных типов реакторов, области их преимущественного применения - на примерах конкретных промышленных процессов.

2

Соседние файлы в папке Учебная программа - 2000