охт (6sem) / Учебная программа дисциплины

Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова

Учебная программа дисциплины

“Общая химическая технология”

для направлений бакалавриата: «Химическая технология и биотехнология» (факультет «П»), «Химия», «Метрология, стандартизация и

сертификация»

Москва МИТХТ им. М.В. Ломоносова

2012

УДК 66.0 (075)

Учебная программа дисциплины «Общая химическая технология»

/Составитель: доцент Шварц А.Л. – М.: ИПЦ МИТХТ им. М.В. Ломоносова,

2012. – 8 c.

Учебная дисциплина «Общая химическая технология» является базовой в ряду инженерных дисциплин и изучается студентами в 8 семестре (4 курс). Подготовка студентов осуществляется на уровне бакалавриата МИТХТ. Объем дисциплины предусматривает аудиторную и самостоятельную работу студентов. Аудиторная работа включает лекции (26 ч.) и лабораторные занятия (52 ч.). Изучение дисциплины завершается сдачей экзамена, к которому допускаются студенты, выполнившие весь объем лабораторного практикума, сдавшие три коллоквиума и защитившие курсовую работу.

Дисциплина включает рассмотрение следующих вопросов:

а) разработка химической концепции метода; б) химическое производство как химико-технологическая система; в) основные принципы разработки химико - технологических систем; г) способы реализации основных технологических принципов и организации ХТС в конкретных химико-технологических производствах.

Цель дисциплины «Общая химическая технология» – формирование инженерного мышления и развитие навыков последовательной разработки химико-технологической системы.

© Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова.

СОДЕРЖАНИЕ

учебной программы дисциплины «Общая химическая технология»

Раздел 1. Введение в курс.

1.1. Химическая технология как наука о промышленных способах переработки сырья в продукты потребления и средства производства. Краткие сведения об истории развития химической промышленности и химической технологии России.

1.2. Перспективы и основные направления развития химической промышленности на современном этапе: безотходные (малоотходные) производства, технологическое комбинирование, энергосберегающие технологии, агрегаты большой единичной мощности, новые методы интенсификации химикотехнологических производств.

Раздел 2. Разработка химической концепции метода.

2.1. Классификация химико-технологических процессов (ХТП). Критерии эффективности химического превращения: выход, степень превращения сырья (конверсия), селективность, производительность и интенсивность работы аппарата, расходные коэффициенты по сырью. Технологические параметры ХТП: время пребывания (контактирования), объемная скорость.

2.2. Алгоритм разработки ХТП. Термодинамический анализ. Константа равновесия и изобарно-изотермический потенциал. Связь константы равновесия с равновесной степенью превращения и свободной энергией Гиббса. Анализ зависимостей изменения константы равновесия от температуры при различных знаках ∆Н и ∆S реакции.

2.3. Принцип Ле-Шателье. Качественная оценка условий проведения процесса. Влияние температуры, давления, соотношения исходных реагентов, наличия инертных примесей на смещение химического равновесия.

2.4. Использование законов химической кинетики при разработке ХТП. Понятие элементарных реакций, простых по механизму и стехиометрии реакции. Закон действия масс. Кинетические уравнения. Влияние температуры и концентрации реагирующих веществ на скорость процесса. Кинетика сложных гомогенных процессов. Влияние температуры и концентраций исходных веществ на дифференциальную селективность. Кинетика гомогенного окисления оксида азота(II) в оксид азота(IV). Особенности кинетики обратимых эндо- и экзотермических реакций.

2.5. Кинетика гетерогенных процессов. Система «газ - твердое тело». Кинетические модели для описания гетерогенных процессов: квазигомогенная модель и модель с фронтальным перемещением зоны реакции (модель с непрореагировавшим ядром). Стадии гетерогенного процесса. Эффективная константа скорости гетерогенного химического процесса. Лимитирующая стадия процесса, ее признаки и способы определения. Интенсификация гетерогенных процессов.

2.6. Промышленный катализ. Виды катализа. Свойства катализаторов и их классификация. Гетерогенно-каталитические процессы. Стадии гетерогеннокаталитического процесса. Технологические характеристики твердых

катализаторов и требования, предъявляемые к ним. Способы изготовления катализаторов. Понятие о гомогенном катализе.

Раздел 3. Химическое производство как химико-технологическая система (ХТС).

3.1.Системный подход к решению проблем. Понятия: система, подсистема, элемент. Признаки больших систем. Этапы разработки сложных систем. Задачи анализа и синтеза.

3.2.Признаки ХТС как большой системы. Основные понятия и определения.

Свойства ХТС: надежность, устойчивость, чувствительность. Иерархические уровни ХТС. Методы системного анализа, применяемые для анализа ХТС.

3.3. Модели ХТС и их описание. Обобщенные (качественные) модели: операционно-описательные и иконографические. Технологическая, структурная и функциональная схемы. Операторная схема, основные и вспомогательные операторы.

3.4. Классификация ХТС по структуре и по типу функционирования во времени: непрерывные, периодические, непрерывно-циклические процессы. Гибкие ХТС. Блочно-модульный принцип их реализации.

Связи между элементами ХТС: последовательные, параллельные, последовательно-обводные (байпас), перекрестные, обратные (рециклы).

3.5. Рециклы в ХТС, их характеристические функции. Анализ причин организации ХТС по замкнутой схеме: наличие термодинамических ограничений (неблагоприятное положение равновесия), ограничение времени контактирования, регулирование технологических параметров. Причины циркуляции конечных продуктов. Интенсификация циркуляционных процессов.

Раздел 4. Основные принципы разработки ХТС и способы их реализации.

4.1. Принцип наилучшего использования сырья.

Классификация природного сырья.

Анализ причин неполноты использования сырья в ХТС: термодинамические, кинетические, технологические. Приемы увеличения степени использования сырья: смещение равновесия в обратимых химических процессах, использование реагента в избытке, «закалка» системы вдали от состояния равновесия, подавление побочных реакций, применение противотока, комплексное использования сырья.

4.2. Принцип наибольшей интенсивности процесса.

Движущая сила процесса, способы ее увеличения. Методы интенсификации ХТП. Выбор объемной скорости.

4.3. Принцип наилучшего использования энергии.

Анализ структуры топливно-энергетических ресурсов в современной химической промышленности. Энергетические проблемы химического производства.

Способы рационального использования энергии. Снижение тепловых потерь. Регенерация теплоты. Принцип противотока. Рациональное проведение процессов при высоких температурах. Разработка энерготехнологических систем.

4.4. Принцип технологической соразмерности (качественная оптимизация процессов).

Анализ противоречий, возникающих при разработке ХТС. Постановка задачи оптимизации. Выбор критерия оптимальности.

4.5. Принцип экологической безопасности химических производств.

Раздел 5. Реализация основных принципов разработки и организации ХТС на примерах конкретных производств.

5.1. Производство технологических газов конверсией метана.

Основные виды конверсии метана: паровая, паровоздушная, пароуглекислотная.

Равновесие и кинетика процесса паровой конверсии метана. Выбор катализатора. Оптимальные условия проведения процесса. Паровоздушная конверсия метана.

Паровая конверсия оксида углерода(II). Анализ равновесия и кинетики процесса. Выбор катализаторов процесса.

Энерготехнологическая система двухступенчатой конверсии природного газа для получения азотоводородной смеси для синтеза аммиака. Очистка азотоводородной смеси от оксидов углерода.

5.2. Производство аммиака.

Равновесие и кинетика процесса. Выбор оптимальных условий процесса: катализатора, температуры, давления, соотношения реагентов, объемной скорости процесса. Обоснование наличия рецикла в системе. Технологическая схема производства аммиака. Колонна синтеза, конденсационная колонна. Реализация технологических принципов в производстве аммиака.

5.3. Производство азотной кислоты.

Основные стадии производства азотной кислоты.

Окисление аммиака. Механизм, равновесие и кинетика процесса окисления аммиака. Стадии гетерогенно-каталитического процесса на платиновом катализаторе. Обоснование выбора оптимальных условий процесса: катализатора, температуры, давления, соотношения реагентов, времени контактирования.

Окисление оксида азота(II). Особенности кинетики процесса и обоснование выбора оптимальных условий проведения процесса.

Абсорбция диоксида азота. Уравнение для скорости абсорбции оксида азота(IV). Выбор оптимальных условий процесса: абсорбента, температуры, направления движения потоков.

Очистка отходящих газов от оксидов азота.

Энерготехнологическая схема производства азотной кислоты под давлением 0,716 МПа. Реализация технологических принципов в производстве азотной кислоты.

5.4. Производство серной кислоты.

Структура сырьевой базы. Получение оксида серы (IV) окислением серосодержащего сырья. Выбор условий процесса.

Контактное окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI). Равновесие и кинетика процесса. Катализаторы. Выбор оптимальных условий процесса: катализатора, температуры, давления, соотношения исходных реагентов. Линия оптимальных температур.

Абсорбция оксида серы (VI). Уравнение для скорости абсорбции оксида серы(VI). Обоснование выбора условий ее проведения: абсорбента, температуры, направления потоков. Технологическая схема получения серной кислоты из серы по методу ДК-ДА. Реализация технологических принципов в производстве серной кислоты.

5.5. Производство метанола.

Получение синтез газа для производства метанола на основе паро - углекислотной конверсии метана.

Химия, равновесие и кинетика процесса синтеза метанола. Высокотемпературные и низкотемпературные катализаторы. Обоснование выбора технологических параметров процесса: катализаторов, температуры, давления, соотношения исходных реагентов, объемной скорости процесса. Колонны синтеза метанола при высоком и низком давлениях. Технологическая схема производства метанола при высоком (32 МПа) и низком (5 МПа) давлениях. Реализация технологических принципов в производстве метанола.

5.6. Производство этанола.

Получение этанола методом сернокислотной гидратации этилена. Производство этанола прямой гидратацией этилена. Равновесие и кинетика

процесса. Обоснование условий проведения процесса: катализатор, температура, соотношение реагентов, давление и объемная скорость. Технологическая схема процесса прямой гидратации этилена. Особенности реализации технологических принципов в производстве этанола.

ЛИТЕРАТУРА к учебной программе дисциплины «Общая химическая технология»

Основная:

1.Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология – М.: Академкнига, 2003. – 528 с.

Дополнительная:

1.Общая химическая технология. Лабораторный практикум. /Авт.: Брук Л.Г., Егорова Е.В., Кононова Г.Н. и др. Учебное пособие. Издание 3-е. М.: ИПЦ МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2006. – 132 с.

2.Шварц А.Л., Брук Л.Г. Основы термодинамики и кинетики гомогенных процессов. – М.: ИПЦ МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2012. – 56 с.

3.Тимофеев В.С., Серафимов Л.А. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Высшая школа, 2003. – 536 с.

4.Кононова Г.Н., Сафонов В.В., Цыганков В.Н. Технологические принципы разработки химико-технологических систем. – М.: ИПЦ МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2003. – 55 с.

5.Кононова Г.Н., Сафонов В.В. Химико-технологические системы. - М.: ИПЦ МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2005. – 66 с.

6.Шварц А.Л., Брук Л.Г. Конверсия метана в технологические газы. – М.: ИПЦ МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2012. - 32 с.

7.Кононова Г.Н., Сафонов В.В. Производство этилового спирта прямой гидратацией этилена. – М.: ИПЦ МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2006. – 26 с.

Составитель:

Шварц Александр Леонидович

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ «Общая химическая технология”

для направлений бакалавриата: «Химическая технология и биотехнология» (факультет «П»), «Химия», «Метрология, стандартизация и

сертификация»

100 эк. Заказ №_____.

ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова».

Издательско-полиграфический центр 119571 Москва, пр. Вернадского 86