курсовая по физхимии. ИТОГ курсовая. Физикохимические расчеты и анализ некоторых процессов химической технологии
 Скачать 374.9 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ДИЗАЙНА» ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ ХИМИИ И ЭКОЛОГИИ Кафедра теоретической и прикладной химии Курсовая работа по дисциплине физическая химия (наименование дисциплины) на тему «Физико-химические расчеты и анализ некоторых процессов химической технологии» Выполнил(а): Остапенко Мария Александровна Обучающий группы 3-ХДА-4 доц. Пеганова Н.В. Направление подготовки 18.03.01 – Химическая технология органических и неорганических веществ Номер зачетной книжки ___________________________________________ (подпись студента) Руководитель курсовой работы (проекта) к.х.н., доц. Пеганова Наталья Владимировна (подпись научного руководителя) Оценка______________Дата___________________ Санкт-Петербург 2019 г Вариант 13 Идентифицировать по молекулярной массе вредную примесь в воздухе рабочей зоны, если навеску вещества массой m = 0,5 г при температуре 50 0С испарили в объеме 1 литр при давлении P = 18,4 кПа. Результаты подтвердить расчетом молекулярной рефракции R и сравнением с опытной величиной равно 20. В вентиляционных газах парциальное давление вещества А равно Pраб = 20 Па. Дать токсикологическую характеристику вещества и сделать вывод о необходимо очистки вентиляционных газов. Вентиляционные газы очищаются от вещества А методом адсорбции при температуре 25 0С с использованием активного угля марки . Рассчитать работу адсорбера в зимних условиях при t1 = -16 0C и в летних при t2 = 38 0C. Дать характеристику адсорбционного метода очистки газа. Сделать вывод об эффективности работы адсорбента в зимних и летних условиях. Десорбция вещества А водяным паром позволила получить раствор с концентрацией χН = 0,09 или 9% мольн.дол. в количестве Gн = 800 кг. Методом ректификации при давлении P = 600 Торр получены дистиллят и кубовый остаток с концентрациями χД = 0,01 и χK = 0,98. Дать характеристику метода рефтификации. Рассчитать процесс ректификации. Низкоконцентрированный раствор разбавляется другими сточными водами в 10 раз и направляется на биологическую очистку Дать характеристику биохимической очистке сточных вод. Рассчитать кинетику процесса, если константа скорости разложения вещества составляет K1 = 0,25 ч-1, а изменение её при увеличении температуры с t1 = 23 0C до t2 = 30 0C составило К2/К1 = 3 (принять порядок реакции n = 1). Дать прогноз изменения времени процесса при колебаниях температуры ±5 0C и увеличении концентрации сточных вод в 10 раз. Содержание ВВЕДЕНИЕ 5 1 Идентификация примеси содержащейся в вентиляционных выбросах 6 1.1 Определение примесного соединения 6 1.2 Токсикологическая характеристика N,N-диметилформамида 7 2 Расчет некоторых свойств компонента газо-воздушных выбросов 8 3 Адсорбционная очистка вентиляционных газов от N,N-диметилформамида 9 3.1 Характеристика метода адсорбционной очистки 9 3.1.1 Характеристика процесса адсорбции 9 3.1.2 Аппаратное оформление процесса адсорбции 9 3.2 Расчёт адсорбции N,N-диметилформамида на активированном угле 9 4 Ректификационная очистка водного раствора N,N-диметилформамида 13 4.1 Характеристика процесса ректификации 13 4.2 Аппаратное оформление процесса ректификации 13 Принципиальная схема ректификационной установки: Т-1 – подогреватель сырья; К-1 – ректификационная колонна; Т-2 – конденсатор (дефлегматор); Т-3 – холодильник дистиллята; Т-4 – вертикальный термосифонный кипятильник; Т-5 – холодильник кубового остатка. [4] 13 4.4 Расчёт процесса ректификации 14 5 Биохимическая очистка сточных вод 16 5.1 Сущность метода биохимической очистки 16 5.2 Аппаратное оформление процесса 17 Рис. Схема экспериментальной лабораторной установки для очистки воды: 1 – приемный бак, 2 – трубопровод неочищенной воды, 3 – бак биологической очистки, 4 – верхняя сетка, 5 – нижняя сетка, 6 – насадочный материал с биопленкой, 7 – распределительное устройство для сточной воды, 8 – трубопровод перелива, 9 – трубопровод с водой после биологической очистки, 10 – бак для приема воды после биологической очистки, 11 – вода после биологической очистки, 12 – пробоотборник, 13 – трубопровод циркуляции воды, 14 – помпа, 15 – аккумуляторная батарея, 16 – блок питания 220 – 12 В, 17 – блок управления помпой, 18 – вентиль для слива очищенной воды, 19 – компрессор, 20 – шланг с воздухом, 21 – стенд. 17 5.3 Расчёт кинетики биохимической очистки 17 19 Список использованных источников 23 Введение 4 1 Идентификация примеси содержащейся в вентиляционных выбросах 1.1 Определение примесного соединения 3 1.2 Токсикологическая характеристика N,N-диметилформамида 4 2 Расчет некоторых свойств компонента газо-воздушных выбросов 6 3 Адсорбционная очистка вентиляционных газов от N,N-диметилформамида 3.1 Характеристика метода адсорбционной очистки 7 3.1.1 Характеристика процесса адсорбции 7 3.1.2 Аппаратное оформление процесса адсорбции 7 3.2 Расчёт адсорбции N,N-диметилформамида на активированном угле 7 4 Ректификационная очистка водного раствора N,N-диметилформамида 4.1 Характеристика процесса ректификации 11 4.2 Аппаратное оформление процесса ректификации 11 4.3 Анализ фазовой диаграммы 11 4.4 Расчёт процесса ректификации 11 5 Биохимическая очистка сточных вод 5.1 Сущность метода биохимической очистки 12 5.2 Аппаратное оформление процесса 14 5.3 Расчёт кинетики биохимической очистки 14 ЗаключениеError: Reference source not found Список использованных источников 20 ВВЕДЕНИЕ Всю свою промышленную историю человечество в той или иной мере загрязняло окружающую среду. Причем, не стоит думать, что загрязнение — изобретение 19-20 века. Так уже в 13-14 веке китайские литейщики серебра хана Хубилая сжигали колоссальное количество дров, тем самым загрязняя землю продуктами горения.Причем, по оценкам археологов, скорость загрязнения была в 3-4 раза больше, чем в современном Китае, который, как известно, не ставит экологичность производства на первое место. Однако, после промышленной революции с появлением промышленного районирования, развития тяжелой промышленности, роста потребления нефтепродуктов, загрязнение природы, и в частности атмосферы стало глобальным. Динамика выброса углерода в атмосферу К концу 20 века, по крайней мере в развитых странах, пришло осознание необходимости очистки воздуха, и понимание того, что от экологии зависит благополучие не только отдельных стран, но и человека как вида. Началось глобальное движение за законодательное ограничение выбросов в атмосферу, что в итоге было закреплено в Киотском протоколе (был принят в 1997), который обязывал подписавшие страны квотировать вредные выбросы в атмосферу. Помимо законодательства совершенствуются также и технологии — сейчас благодаря современным устройствам для очистки воздуха можно улавливать до 96-99% вредных веществ. Средства для очищения воздуха в том или ином виде есть на каждом промышленном производстве. Но особенно они актуальны для: Предприятий металлургической сферы, которые выбрасывают в атмосферу: черная металлургия — твердые частицы (сажа), оксиды серы, оксид углерода, марганец, фосфор, пары ртути, свинец, фенол, аммиак, бензол и т. д. цветная металлургия — твердые частицы, оксиды серы, оксид углерода, другие токсичные вещества.Горно обогатительных комбинатов, которые загрязняют атмосферу сажей, оксидами азота, серы и углерода, формальдегидами; Нефтеперерабатывающих комплексов — в процессе работы выбрасывают в атмосферу сероводород, оксиды серы, азота и углерода; Химических производств, которые выбрасывают высокотоксичные отходы — оксиды серы и азота, хлор, аммиак, фторовые соединения, нитрозные газы и т.д.; Предприятий энергетики (тепловых и атомных электростанций) — твердые частицы, оксиды углерода, серы и азота. Основные задачи любой системы очистки атмосферного воздуха на предприятии сводятся к: Улавливанию частиц — остатков продуктов горения, пыли, аэрозольных частиц и т.д. для их последующей утилизации. Отсеиванию посторонних примесей — пара, газов, радиоактивных компонентов. Улавливанию ценных частиц — отсеивание от основной массы частиц, сохранение которых имеет экономическое обоснование, к примеру оксидов ценных металлов. 1 Идентификация примеси содержащейся в вентиляционных выбросах 1.1 Определение примесного соединения Исходные данные для расчёта представлены в таблице 1.
Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона) устанавливает зависимость между давлением, объёмом, температурой и количеством вещества идеального газа. Газ можно считать идеальным, если взаимодействие между атомами или молекулами составляющими его невелико. Межмолекулярное взаимодействие пренебрежимо мало в области невысоких давлений и сравнительно низких температур. Из условий приведённых в таблице 1 газ можно считать идеальным 18,4 в 41 раз меньше нормального . Уравнение уравнение Менделеева-Клапейрона имеет следующий вид:  (1.1.1)Из этого уравнения можно выразить молярную массу вещества M:  (1.1.2)Подставив данные из таблицы 1 в уравнение (1.1.2), мы получим следующий результат:  Согласно справочным данным такую массу имеет N,N-диметилформамид (ДМФА). Для подтверждения строения для данного вещества, после его выделения была определена молекулярная рефракция. Молекулярная рефракция может быть также рассчитана как сумма атомных рефракций. Структурная формула данного соединения представлена на рисунке 1.1.1.   Рассчитанное значение совпадает с измеренным, следовательно вещество было определено правильно. 1.2 Токсикологическая характеристика N,N-диметилформамида Токсическое действие. Оказывает общетоксическое и эмбриотоксическое действие. Поражает печень, почки, сердце. Оказывает раздражающее действие на кожу и слизистые оболочки дыхательных путей, проникает через неповрежденную кожу. Острое отравление. Порог обоняния у наиболее чувствительных лиц 0,14 мг/м3. В случаях острых отравлений у молодых рабочих (12 человек) отмечались головная боль, боли в животе, диспепсические явления, нарушения функций печени (желтуха в 30 % случаев) и почек. Хроническое отравление. У рабочих, контактирующих с веществом, обнаруживаются диспепсические расстройства, диарея и непереносимость алкоголя. У работающих с средним стажем 5 лет, подвергавшихся воздействию в концентрациях 8–58 мг/м3, отмечаются: раздражение верхних дыхательных путей и слизистых оболочек глаз, головная боль, симптомы нарушения пищеварения и функций печени. Чаще регистрируется реакция покраснения кожи как признак непереносимости алкоголя. У работниц, контактирующих с веществом в концентрации 40 мг/м3, возможны нарушения специфических функций женского организма. Часты случаи осложненного течения беременности. Отмечаются повышенная частота гинекологических заболеваний, аномальное течение родов, случаи мертворождения. Рекомендуется перевод женщин детородного возраста, работающих с веществом, на другие работы вне контакта с потенциально опасными эмбриотропными веществами немедленно при установлении беременности. Не установлено канцерогенного эффекта у человека, а также в опытах на мышах и крысах. Местное действие. Оказывает раздражающее действие на кожу и слизистые. Обладает выраженной способностью проникать через неповрежденную кожу, вызывая явления интоксикации. Первая помощь. При остром отравлении необходимо прекратить дальнейшее поступление яда в организм: вынести пострадавшего из отравленной атмосферы, удалить вещество с кожных покровов. Слизистые длительно промыть водой или 2% раствором гидрокарбоната натрия. При поступлении внутрь промыть желудок, дать солевое слабительное. Обеспечить пострадавшему покой, в холодное время года согреть, дать кислород. По показаниям применяют сердечно-сосудистые средства, с целью профилактики пневмоний назначают антибиотики. Показано введение глюкозы с аскорбиновой кислотой [2] 2 Расчет некоторых свойств компонента газо-воздушных выбросов Так как проба отбирается при рабочих условиях, то параметры надо привести к нормальным условиям. Преобразуем уравнение (1.1.1) и получим следующие соотношение:  (2.1)где P0 - давление при нормальных условиях равное 101325 Па, T0 - температура при нормальных условиях равная 273,15 К, V0 - объём газа при нормальных условиях, P, V, T - рабочие давление, объём и температура соответственно. Выразим из соотношения (2.2) V0 и получим:  (2.2) Подставим данные в (2.2) и получим:  Рассчитаем плотность пара при нормальных условиях: | |||||||||||||||