ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Томский политехнический университет»
Ю. Б. Швалёв, В. В. Коробочкин
ОБЩАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Химические процессы и реакторы
Учебное пособие
Издательство ТПУ
Т омск 2008
|
УДК 66.0 (075)
Ш 33
|
Ш 33
|
Швалёв Ю. Б., Коробочкин В. В.
Общая химическая технология. Химические процессы и реакторы: учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 180 с.
|
В учебном пособии дано определение химической технологии как науки и объекта её исследования – химического производства. Рассмотрены теоретические закономерности химических процессов и основы теории химических реакторов, общие принципы разработки химико-технологических процессов на основе системного подхода.
Пособие подготовлено на кафедре общей химической технологии, соответствует программе дисциплины и предназначено для студентов специальностей 240801 «Машины и аппараты химических производств», 240403 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов», 240304 «Химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов», 240401 «Химическая технология органических веществ» Института дистанционного образования.
УДК 66.0 (075)
Рекомендовано к печати Редакционно-издательским
советом Томского политехнического университета
Рецензенты:
А. В. Кравцов – заведующий кафедрой ХТТ ТПУ, профессор,
доктор технических наук;
И. В. Гончаров – заведующий лабораторией пластовых нефтей
«Томск НИПИнефть, профессор, доктор геолого-минералогических наук, кандидат технических наук.
© Томский политехнический университет, 2008
О ГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ 3
Введение 6
Глава 1 ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС И ЕГО СОДЕРЖАНИЕ 8
§ 1.1. Классификация химических реакций, лежащих в основе промышленных химико-технологических процессов 10
§ 1.2. Стехиометрия химических реакций 12
§ 1.3. Технологические критерии эффективности химико-технологического процесса 15
Вопросы и упражнения для повторения и самостоятельной работы 24
Глава 2 ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 27
§ 2.1. Равновесие химических реакций 28
§ 2.2. Способы смещения равновесия 34
§ 2.3. Зависимость константы равновесия от температуры 37
§ 2.4. Расчет равновесия по термодинамическим данным 38
Вопросы и упражнения для повторения и самостоятельной работы 42
Глава 3 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗАКОНОВ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ ПРИ ВЫБОРЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА И МОДЕЛИРОВАНИИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 44
§ 3.1. Скорость гомогенных химических реакций 45
§ 3.2. Зависимость скорости химических реакций от концентрации реагентов. Кинетические уравнения 46
§ 3.3. Способы изменения скорости простых и сложных реакций 50
Вопросы и упражнения для повторения и самостоятельной работы 56
Глава 4 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРАХ 60
§ 4.1. Моделирование химических реакторов и протекающих в них химических процессов 60
§ 4.2. Структура математической модели химического реактора 63
§ 4.3. Уравнение материального баланса для элементарного объема проточного химического реактора 66
§ 4.4. Классификация химических реакторов и режимов их работы 70
Вопросы и упражнения для повторения и самостоятельной работы 74
Глава 5 ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКТОРЫ С ИДЕАЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙ ПОТОКА В ИЗОТЕРМИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ 75
§ 5.1. Реактор идеального смешения 76
§ 5.2. Реактор идеального вытеснения 85
§ 5.3. Сравнение эффективности проточных реакторов идеального смешения и идеального вытеснения 91
§ 5.4. Каскад реакторов идеального смешения 96
Вопросы и упражнения для повторения и самостоятельной работы 102
Глава 6 ТЕПЛОПЕРЕНОС В ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРАХ 107
§ 6.1. Уравнение теплового баланса. Тепловые режимы химических реакторов 108
§ 6.2. Проточный реактор идеального смешения в неизотермическом режиме 109
§ 6.3. Тепловая устойчивость химических реакторов 121
§ 6.4. Оптимальный температурный режим и способы его осуществления в промышленных реакторах 125
Вопросы и упражнения для повторения и самостоятельной работы 137
Глава 7 ГЕТЕРОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ 138
§ 7.1. Общие особенности 139
§ 7.2. Диффузионные стадии 142
§ 7.3. Гетерогенные некаталитические процессы в системе «газ – твердое вещество» 144
§ 7.4. Гетерогенные процессы в системе «газ – жидкость» 163
Вопросы и упражнения для повторения и самостоятельной работы 171
Глава 8 ГЕТЕРОГЕННО-КАТАЛИТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 172
§ 8.1. Общие представления о катализе 172
§ 8.2. Технологические характеристики твердых катализаторов 175
§ 8.3. Основные стадии и кинетические особенности гетерогенно-каталитических процессов 181
Вопросы и упражнения для повторения и самостоятельной работы 188
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 188
Введение 5
Глава 1. ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
И ЕГО СОДЕРЖАНИЕ 7
§ 1.1. Классификация химических реакций, лежащих в основе
промышленных химико-технологических процессов 9
§ 1.2. Стехиометрия химических реакций 11
§ 1.3. Технологические критерии эффективности
химико-технологического процесса 13
Вопросы и упражнения для повторения и самостоятельной работы 22
Глава 2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 25
§ 2.1. Равновесие химических реакций 26
§ 2.2. Способы смещения равновесия 32
§ 2.3. Зависимость константы равновесия от температуры 34
§ 2.4. Расчет равновесия по термодинамическим данным 36
Вопросы и упражнения для повторения и самостоятельной работы 40
Глава 3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗАКОНОВ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ
ПРИ ВЫБОРЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА
И МОДЕЛИРОВАНИИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 41
§ 3.1. Скорость гомогенных химических реакций 41
§ 3.2. Зависимость скорости химических реакций
от концентрации реагентов. Кинетические уравнения 43
§ 3.3. Способы изменения скорости простых и сложных реакций 47
Вопросы и упражнения для повторения и самостоятельной работы 52
Глава 4. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРАХ 56
§ 4.1. Моделирование химических реакторов
и протекающих в них химических процессов 56
§ 4.2. Структура математической модели химического реактора 58
§ 4.3. Уравнение материального баланса для элементарного объема
проточного химического реактора 61
§ 4.4. Классификация химических реакторов и режимов их работы 66
Вопросы и упражнения для повторения и самостоятельной работы 70
Глава 5. ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКТОРЫ С ИДЕАЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙ
ПОТОКА В ИЗОТЕРМИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ 71
§ 5.1. Реактор идеального смешения 71
§ 5.2. Реактор идеального вытеснения 80
§ 5.3. Сравнение эффективности проточных реакторов
идеального смешения и идеального вытеснения 85
§ 5.4. Каскад реакторов идеального смешения 91
Вопросы и упражнения для повторения и самостоятельной работы 96
Глава 6. ТЕПЛОПЕРЕНОС В ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРАХ 101
§ 6.1. Уравнение теплового баланса.
Тепловые режимы химических реакторов 101
§ 6.2. Проточный реактор идеального смешения
в неизотермическом режиме 103
§ 6.3. Тепловая устойчивость химических реакторов 114
§ 6.4. Оптимальный температурный режим
и способы его осуществления в промышленных реакторах 118
Вопросы и упражнения для повторения и самостоятельной работы 130
Глава 7. ГЕТЕРОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ 131
§ 7.1. Общие особенности 131
§ 7.2. Диффузионные стадии 134
§ 7.3. Гетерогенные некаталитические процессы
в системе «газ – твердое вещество» 136
§ 7.4. Гетерогенные процессы в системе «газ – жидкость» 154
Вопросы и упражнения для повторения и самостоятельной работы 161
Глава 8. ГЕТЕРОГЕННО-КАТАЛИТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 163
§ 8.1. Общие представления о катализе 163
§ 8.2. Технологические характеристики твердых катализаторов 166
§ 8.3. Основные стадии и кинетические особенности
гетерогенно-каталитических процессов 172
Вопросы и упражнения для повторения и самостоятельной работы 178
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 179
|
Скачать 1.75 Mb.