Учебная программа - 2000 / L-AN

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ (ВХК РАН)

1. Введение. Определение химической технологии, задачи курса в учебной программе и его содержание - макрокинетика и процессы в химическом реакторе (ХР).

2-3. 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. Степени превращения ключевого вещества в частных реакциях Х_j, выход продукта Е_R, селективность процесса по продукту S_R.

4. Балансовые расчеты - их основа - ЗДМ, соблюдение размерности. Построение (для последовательных превращений) и выбор системы стехиометрических уравнений. Расчет состава сложной реагирующей смеси через Х_j для частных реакций. Балансовые расчеты для нереагирующих смесей – смешение и разделение потоков, использование законов фазового равновесия (состав испаряющейся смеси, испарение в поток неконденсирующегося вещества.

5. Термодинамические закономерности. Определение возможности протекания реакции по знаку энергии Гиббса. Изменение энтальпии в реакции H и тепловой эффект реакции Q_p, 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 Х_р. Зависимость Х_р(Т) для экзо- и эндотермических реакций. Способы изменения равновесного превращения (температура, давление, разбавление, избыток реагента, выделение продукта - примеры).

6-7. Кинетические закономерности. Схема превращения и ее отличие 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. Механизм реакции и построение кинетического уравнения.

8. Методы исследования и изучения. Объект изучения – химический реактор. Обзор видов ХР, их структурные элементы (реакционная зона, ввод и вывод потоков, узлы смешения и разделения потоков, теплообменники поверхностный и смешения), структура процессов в ХР.

Моделирование как основной научный метод исследования и изучения процессов в ХР. Определение и основные понятия. Физическое и математическое моделирование, их применение в исследовании ХР. Место и значение эксперимента. Иерархическая система моделей и схема процессов в ХР.

9-10. Химический процесс (ХП) - определение, классификация. Задачи исследования ХП.

Гомогенный ХП. Определение, примеры. Зависимость скорости реакции от концентрации, температуры для простых (необратимой и обратимой) и сложной реакций. Оптимальные температуры. Дифференциальная селективность для сложных (параллельной и последовательной) реакций. Способы управления интенсивностью и селективностью процесса.

11-12. Гетерогенные ХП. Определение, фазовый состав. Понятие наблюдаемой скорости превращения.

Гетерогенный ХП "газ-твёрдое". Примеры. Схема и и структура процесса "сжимающаяся сфера". Математическое описание. Наблюдаемая скорость превращения и время полного превращения. Понятие лимитирующей стадии. Режимы и лимитирующие стадии процесса. Влияние параметров и условий на скорость процесса. Пути интенсификации.

13-14. То же для процесса "сжимающееся ядро".

15. Гетерогенный процесс "газ-жидкость". Примеры. Схема и структура процесса с реакцией в объёме. Математическое описание. Наблюдаемая скорость превращения, режимы процесса. Пути интенсификации.

16. Каталитический ХП. Понятие каталитического действия. Влияние катализатора на химическое равновесие, скорость реакции, новые пути превращения. Классификация каталитических ХП.. Структура гетерогенно-каталитического ХП.

17-18. ХП в пористом зерне катализатора. Структура и математическое описание. Наблюдаемая скорость превращения и степень использования внутренней поверхности. Влияние параметров. Режимы процесса.

19-20. ХП на непористом зерне катализатора. Наблюдаемая скорость превращения, влияние на неё параметров и условий протекания процесса. Режимы процесса. Пути интенсификации.

Неизотермический процесс на непористом зерне катализатора. Число стационарных режимов и устойчивость.

21. Химические реакторы. Структура потоков в масштабе ХР, их систематизация и структура математической модели процесса. Построение математических описаний процесса в ХР различного типа, их классификация.

22-23. Изотермический процесс в ХР. Модели идеального смешения в периодическом процессе (ИС-п) и идеального вытеснения (ИС). Их идентичность. Преобразование, решение и анализ уравнений (модели). Интерпретация свойств модели на свойства процесса - распределение концентраций по объёму и во времени. Зависимость показателей процесса от типа реакции, параметров и условий.

24. То же для модели идеального смешения в непрерывном процессе (ИС-н). Сопоставление с режимом ИВ. Использование реакторов с различной структурой потока. Основы расчёта режима процесса в ХР.

25-26. Неизотермический процесс в ХР. Способы организации теплообмена. Описание процесса. Величина адиабатического разогрева. Профили температур и концентраций для различных моделей процесса и условий теплообмена. Связь температуры и степени превращения в адиабатическом процессе.

Адиабатический процесс в режиме ИС-н. Число стационарных состояний, их устойчивость и область существования.

27-28. Реакторы для гомогенных, гетерогенных и каталитических процессов - типы реакторов, описание процесса, области их применения.