билеты к РК 1 ОХТ. Рубежный контроль1 Билет 1
 Скачать 1.13 Mb.
|
|
Рубежный контроль№1 Билет 1. 1 Основные понятия о химической технологии. Химическая технология – это область химических наук, которая изучает процессы изменения состава и внутренней структуры вещества, осуществляемые путем химической реакции. По способам переработки технология делится на механическую и химическую: Механическая технология рассматривает переработку, в процессе которой изменяются форма и физические свойства исходных материалов. Химическая технология рассматривает переработку, в которой наряду с изменениями формы и физических свойств изменяется строение исходных материалов Технологическая схема – рационально построенная система единичных аппаратов, соединённых различными видами связей, позволяющая получить заданный продукт заданного качества.  Определение полезности и эффективности химического производства и технологического процесса в нем производится по разным показателям: Технические ,экплутационные,экономические Технико-экономические показатели химико-технологических процессов Показателем, характеризующим эффективность работы машин, аппаратов, установок, цехов и заводов в целом, служит производительность. Производительность – это количество выработанного продукта или переработанного сырья в единицу времени:  Максимально возможная производительность (проектная) называется мощностью. Степень превращения (степень конверсии) – это отношение количества реагента, вступившего в реакцию, к его исходному количеству. Степень превращения реагента показывает, насколько полно в химико-технологическом процессе используется исходное сырьё или долю исходного реагента, вступившего в реакцию, и выражается в долях или процентах.   NA0- число молей исходного реагента, взятого на осуществление реакции; NA - число молей исходного реагента, оставшихся после химической реакции Интенсивность – это производительность, отнесённая к какой-либо величине, характеризующей размеры аппарата, - его объёму, площади поперечного сечения и т.д.  Выход продукта – это отношение количества полученного целевого продукта к максимально возможному его количеству, которое могло бы быть получено при данных условиях осуществления химической реакции.   Селективностью (избирательностью) называется отношение количества исходного вещества, расходуемого на целевую реакцию, к общему количеству исходного вещества, израсходованного на все реакции определяет эффективность осуществления целевой реакции Расходным коэффициентом называют отношение количества сырья, материалов, топлива и энергии, затраченных на проведение химико-технологического процесса, к количеству полученного целевого продукта Эксплуатационные показатели характеризуют изменения, возникающие в химико-технологическом процессе и производстве во время эксплуатации оборудования при появлении отклонений от регламентированных условий и состояний.(Надежность, Безопасность, Чувствительность ,Управляемость и регулиремость) Экономические показатели определяют экономическую эффективность производства. Экономическая эффективность характеризуется тремя основными показателями: капитальные затраты, себестоимость продукции и производительность труда. Капитальные затраты – это сумма всех затрат, произведенных при строительстве данного цеха или предприятия в целом. Производительность труда – это количество продукции, вырабатываемой рабочим в единицу времени, Себестоимость продукции – это денежное выражение затрат данного предприятия на изготовление и сбыт единицы продукции. 2 Применение принципа Ле-Шателье и правила фаз для определения параметров технологического режима. Ле-Шателье При повышении температуры расновесие смещается в сторону эндотермической реакции, при понижении в экзотермическую сторону ДАВЛЕНИЕ.При повышении давления смещается в сторону с меньшим объемом, при понижении в сторону с большим объемом Концентрация.При повышени концентрации исходных веществ или понижении концентрации продуктов в сторону продуктов реакции (прямая реакция) При повышении концентрации продуктов или понижении концентрации исходных веществ реакции равновесие смещаетс в сторону исходных веществ  С помощью правила фаз можно определить, имеет ли система степени свободы при данном фазовом составе, т.е. может ли температура меняться при сохранении данного числа фаз или же она должна быть постоянной. Для одиокомпонентной системы, состоящей из одной фазы, правило фаз дает одну степень свободы. Это означает, что система будет сохранять однофазное состояние при понижении или повышении температуры в определенном интервале. Если же в такой системе имеются две фазы, например твердая и жидкая, то правило фаз дает 0 (ноль) степеней свободы. Такое состояние системы называют нонвариантным. 3 Классификация реакторов по фазовому составу реакционной смеси. Реакторы непрерывного и периодического действия. 3. Классификация химических реакторов по фазовому составу реакционной массы. Реакторы для проведения гомогенных процессов подразделяют на аппараты для газофазных и жидкофазных реакций. Аппараты для проведения реакций с двухфазными системами подразделяют на газо-жидкостные, реакции для систем газ – твёрдое тело, жидкость твёрдое тело и др. Особо выделяют реакторы для гетерогенно-каталитических процессов. 4. Классификация по способу организации процесса. По способу организации процесса (способу подачи реагентов и отвода продуктов) реакторы подразделяют на периодические, непрерывные В реакторе периодического действия все реагенты вводят в реактор до начала реакции, смесь выдерживают в реакторе необходимое время, после чего производится выгрузка продуктов. Продолжительность операции от момента загрузки до момента выгрузки соответствует времени реакции. Обычно параметры технологического процесса в периодическом реакторе изменяются во времени. Недостатки периодических реакторов – цикличность работы, низкая производительность, большие затраты ручного труда. Такие реакторы выгодны при организации малотоннажных производств, т.к. в ходе операции можно строго следить за параметрами, поддерживая их на оптимальном уровне. В реакторе непрерывного действия (проточном) производится непрерывная подача реагентов в реакционную зону и непрерывный отвод продуктов. Эти реакторы обеспечивают высокую производительность и их применение особенно выгодно при организации крупнотоннажных производств. 4 Задача. Как изменяется скорость взаимодействия исходных веществ при изменении температуры с 20ºС до 66ºС, если температурный коэффициент реакции равен 2,5? Решение: температурный коэффициент γ показывает, как меняется скорость реакции при изменении температуры на каждые 10ºС: υt + 10 γ = ——— υt если же изменение температуры t2 – t1, то в соответствии с правилом Вант-Гоффа: υt2 t2 – t1 υ66 66º - 20º —— = γ ——— , —— = 2,5 · ———— = 2,54,6 υt1 10 υ20 10 lg2,54,6 = 4,6 · lg2,5 = 4,6 · 0,398 = 1,831 υ66 —— = 67,7 υ20 Ответ: возрастет в 67,7 раз Билет 2. 1 Равновесие в химико-технологическом процессе. Любой химико-технологический процесс в зависимости от условий его осуществления может быть обратимым, то есть протекать как в сторону образования исходных веществ, так и в сторону продуктов. Если условия проведения процесса таковы, что равновесие смещено в сторону образования продуктов, мы считаем, необратимым. Если равновесие смещено в сторону образования исходных веществ, следовательно, реакция термодинамически запрещена (например, реакция взаимодействия кислорода и азота при комнатной температуре). Существует состояние равновесия, которое характеризуется следующими свойствами: 1) Скорость реакции в прямом направлении численно равна скорости реакции в обратном направлении. 2) Состав реакционной смеси в состоянии равновесия не изменяется при постоянстве внешних условий. 3) При изменении внешних условий равновесие смещается в соответствии с принципом Ле-Шателье-Брауна Основные, влияющие на равновесие условия: температура — t, давление — р и концентрации (соотношения в реакционном объеме) реагирующих веществ Са, Св и Сd Применят принцип ле шателье При повышении температуры расновесие смещается в сторону эндотермической реакции, при понижении в экзотермическую сторону ДАВЛЕНИЕ.При повышении давления смещается в сторону с меньшим объемом, при понижении в сторону с большим объемом Концентрация.При повышени концентрации исходных веществ или понижении концентрации продуктов в сторону продуктов реакции (прямая реакция) При повышении концентрации продуктов или понижении концентрации исходных веществ реакции равновесие смещаетс в сторону исходных веществ 4) Энергия Гиббса реагирующей системы в состоянии равновесия равна 0 аА + bB cC + dD 2 Требования, предъявляемые к качеству питьевой и промышленной воды. Согласно санитарным нормам питьевая вода должна быть безопасна в эпидемиологическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу, и иметь приятные органолептические свойства. Поэтому, целесообразно проверить качество воды из вашего источника - сделать анализ качества воды на соответствие требованиям санитарных норм и правил на питьевую воду. Для выбора системы очистки воды из скважины или колодца важно проверить воду не менее, чем по 15-ти основным показателям. Качество воды определяют :ОРГАНОЛЕПТИЧЕСКИЕ(цвет,запах,мутность,вкус),ХИМИЧЕСКИЕ(водородный показатель, сухой остаток, окисляемость жесткость),МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ свойства (К микробиологическим показателям безопасности питьевой воды относят общее микробное число,) Требования к качеству технической воды централизованно не регламентируются, а устанавливаются условиями её использования применительно к конкретным производственным или хозяйственно-бытовым целям. В технической воде в зависимости от направления ее использования может регламентироваться содержание некоторых примесей, например: твёрдых взвешенных веществ, солей жёсткости, pH и других. Требования (нормативы), которым должна соответствовать вода, изложены в санитарных нормах и правилах РК и международных нормативах Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ). Показатели качества воды технической должны соответствовать требованиям, указанным в таблице 1.
3 Химический реактор – основной аппарат химического производства. Основные показатели работы реактора. Классификация химических реакторов и режимов их работы. Химическим реактором называется аппарат, в котором осуществляются химические процессы, сочетающие химические реакции с массо- и теплопереносом Основные требования к промышленным реакторам: Основной показатель эффективности работы реактора – интенсивность (И). максимальная производительность и интенсивность работы; высокий выход продукта и наибольшая селективность процесса. Они обеспечиваются оптимальным режимом работы реактора:(температурой, давлением, концентрацией исходных веществ; для каталитических процессов – эффективным применением катализатора); минимальные энергетические затраты на перемешивание и транспортировку материалов через реактор, а также наилучшее использование теплоты экзотермических реакций или теплоты, подводимой в реактор для нагрева реагирующих веществ до оптимальных температур (затраты снижаются уменьшением скоростей потоков, числом оборотов мешалки, но при этом, уменьшается и интенсивность работы реактора, степень превращения); легкая управляемость и безопасность работы обеспечивается конструкцией реактора и малыми колебаниями параметров технологического режима, позволяющими легко автоматизировать работу реактора; низкая стоимость изготовления реактора и ремонта его (простота конструкции и применение дешевых конструкционных материалов); устойчивость работы при значительных изменениях основных параметров режима (концентрации, температуры, давления и др.). Наиболее употребимы следующие признаки классификации химических реакторов и режимов их работы: 1) режим движения реакционной среды (гидродинамическая обстановка в реакторе); 2) условия теплообмена в реакторе; 3) фазовый состав реакционной смеси; 4) способ организации процесса; 5) характер изменения параметров процесса во времени; 6) конструктивные характеристики. 1. Классификация химических реакторов по гидродинамической обстановке. По гидродинамической обстановке реакторы подразделяют на реакторы смешения и вытеснения. Реакторы смешения – это емкостные аппараты с перемешиванием механической мешалкой или циркуляционным насосом. Иногда в качестве способа перемешивания используется барботаж газообразного реагента через слой жидкой реакционной массы. Реакторы вытеснения – трубчатые аппараты, достаточно большой длины по сравнению с диаметром. В таких аппаратах течение реакционного потока имеет поршнеобразный характер. Перемешивание в таких реакторах имеет локальный характер и вызывается неравномерностью распределения скорости потока и его флуктуациями, а также завихрениями. В теории реакторов обычно рассматривают идеальные варианты этих аппаратов – реактор идеального или полного смешения и реактор идеального или полного вытеснения. Для идеального смешения характерно абсолютно полное выравнивание всех характеризующих реакцию параметров по объёму реактора. Идеальное вытеснение предполагает равенство по сечению реактора скоростей потока. Перемещение реакционной массы по длине реактора носит строго поршнеобразный характер. В то же время по длине реактора в соответствии с закономерностями протекания реакции устанавливается определённое распределение концентраций участников реакции, температуры и других параметров. 2. Классификация химических реакторов по условиям теплообмена. При отсутствии теплообмена между реактором и окружающей средой химический реактор является адиабатическим. Если теплообмен с окружающей средой протекает гораздо быстрее, чем тепловыделение или теплопоглощение, то во всех точках реакционной зоны обеспечивается постоянство температуры и такой реактор называется изотермическим. Реакторы, в которых скорости тепловыделения или теплопоглощения соизмеримы со скоростями теплообмена с окружающей средой, температурный режим представляет собой результат баланса между этими процессами и в общем случае это обусловливает неравномерность распределения температуры в реакционной зоне. Такие реакторы называются политермическими. Особо следует выделить автотермические реакторы, в которых поддержание необходимой температуры процесса осуществляется исключительно за счёт теплоты химического процесса без использования внешних источников энергии. В практике химической технологии стремятся к тому, чтобы химические реакторы, особенно в крупнотоннажных производствах, были автотермическими. 3. Классификация химических реакторов по фазовому составу реакционной массы. Реакторы для проведения гомогенных процессов подразделяют на аппараты для газофазных и жидкофазных реакций. Аппараты для проведения реакций с двухфазными системами подразделяют на газо-жидкостные, реакции для систем газ – твёрдое тело, жидкость твёрдое тело и др. Особо выделяют реакторы для гетерогенно-каталитических процессов. 4. Классификация по способу организации процесса. По способу организации процесса (способу подачи реагентов и отвода продуктов) реакторы подразделяют на периодические, непрерывные и полунепрерывные (поулпериодические). В реакторе периодического действия все реагенты вводят в реактор до начала реакции, смесь выдерживают в реакторе необходимое время, после чего производится выгрузка продуктов. Параметры технологического процесса в периодическом реакторе изменяются во времени. Недостатки периодических реакторов – цикличность работы, низкая производительность, большие затраты ручного труда. Такие реакторы выгодны при организации малотоннажных производств, т.к. в ходе операции можно строго следить за параметрами, поддерживая их на оптимальном уровне. В реакторе непрерывного действия (проточном) производится непрерывная подача реагентов в реакционную зону и непрерывный отвод продуктов. Эти реакторы обеспечивают высокую производительность и их применение особенно выгодно при организации крупнотоннажных производств. Реактор полунепрерывного (полупериодического) действия характеризуется тем, что один из реагентов поступает в него непрерывно, а другой – периодически. Возможны варианты, когда реагенты поступают в реактор периодически, а продукты реакции выводятся непрерывно, или наоборот. 5. Классификация по характеру изменения параметров процесса во времени. Согласно этой классификации различают реакторы, работающие в стационарном и нестационарном режиме. Режим работы реактора называют стационарным, если протекание химической реакции в произвольно выбранной точке реактора характеризуется постоянством концентраций реагентов и продуктов, скорости и других показателей во времени. Параметры не щависят от времени Если в произвольно выбранной точке происходит изменение параметров химического процесса во времени, режим работы реактора называется нестационарным. Стационарный режим обычно выдерживается в непрерывно действующих проточных реакторах. Нестационарными являются все периодические процессы. 6. Классификация по конструктивным характеристикам. Химические реакторы отличаются друг от друга по ряду конструктивных характеристик, оказывающих влияние на расчет и изготовление аппаратуры. Конкретная конструкция реактора определяется рядом факторов: фазовым составом реакционной массы, режимом процесса, физическими свойствами реакционной смеси и др. Различают реакторы для гомогенных, гетерогенных и гетерофазных процессов. 4 Задача. При взаимодействии 1 моль металлического калия с водой выделяется 188,4 кДж теплоты. Определите, какая масса калия прореагировала, если выделилось 28,25 кДж теплоты. Решение: 1 моль K + H2O = KOH + ½ H2 + 188,4 кДж Х моль 28,25 кДж 1) Х = 28,25 : 188,4 = 0,15 моль 2) m(K) = 0,15 · 39 = 5,85 г Ответ: 5,85 г |