билеты к РК 1 ОХТ. Рубежный контроль1 Билет 1
 Скачать 1.13 Mb.
|
|
Билет 3. 1 Классификация химико-технологических процессов.     2 Особенности режимов работы реактора идеального смешения. Реакторы смешения – это емкостные аппараты с мешалкой или циркуляционным насосом. реакторы идеального смешения (РИС) — реакторы, в которых осуществляется турбулентный гидродинамический режим. В них потоки реагентов смешиваются друг с другом и с продуктами химического превращения. Для идеального смешения характерно абсолютно полное выравнивание всех по объёму реактора. Реактор идеального смешения периодического действия, называемый сокращенно РИС-П, представляет собой аппарат с мешалкой, в который периодически загружают исходные реагенты. В таком реакторе создается весьма интенсивное перемешивание, поэтому в любой момент времени концентрация реагентов одинакова во всем объеме реактора и изменяется лишь во времени. По мере протекания химической реакции. Такое перемешивание можно считать идеальным. Отсюда и название реактора.  В реакторе 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. 3 Обогащение газов – конденсация, испарение, абсорбция-десорбция Обогащение –совокупность процессов для удаления пустой породы и повышения содержания основного компонента в концентрате Испарение – это фазовый переход вещества в газообразное состояние из жидкого. Испарение происходит при любой температуре. При испарении молекулы покидают жидкость, энергия жидкости уменьшается, значит, температура жидкости тоже уменьшается. Конденсация – это фазовый переход вещества из газообразного состояния в жидкое (процесс, обратный испарению). При конденсации происходит обратный процесс — энергия выделяется. Абсорбция- процесс поглощения газа абсорбентом (жидким поглотителем-абсорбентом), в котором газ растворим в той или иной степени. Десорбция- обратный процесс выделения из абсорбента растворенных в нем газов (паров). В абсорбционных процессах учавствуют две фазы- жидкая и газовая. При их контактировании один компонент переходит из одной фазы в другую.  4 Задача Оксид азота (IV) NO2 окрашен в бурый цвет, его димер N2O4 бесцветен. Предскажите, как будет меняться окраска смеси газов при одновременном увеличении температуры и уменьшении давления. Решение: запишем уравнение реакции 2 NO2 - N2O4. Рассчитаем тепловой эффект реакции в стандартных условиях по справочным данным: Н  реакции = Нo298 (N2O4) - 2 Нo298 (NO2) = 1 моль * 9,6 кДж/моль-2 моль * 33,8 кДж/моль = -58 кДжТак как реакция экзотермическая ( Н<0) и протекает с уменьшением числа молей газообразных веществ, то повышение температуры и понижение давления смещают равновесие в одном направлении - в сторону исходного вещества, что вызывает усиление окраски смеси газов.Ответ: окраска усилится. Билет 4. 1.Виды и классификация сырья. По происхождению: животное, растительное, минеральное(рудное нерудное горючее) По агрегатному состоянию: тв , жид , газообр По хим составу: орг и неорганические По запасам возобновляемые и невозобновленные  Рудное минеральное сырье – горные породы или минеральные агрегаты, содержащие металлы. Кроме компонентов, содержащих основной металл, руды всегда имеют примеси. Те примеси, которые не используются в производстве, называются пустой породой. Нерудное минеральное сырье – все неорганические минералы, не являющиеся источником получения металлов. Некоторые виды нерудного сырья могут содердать соединения металлов (сульфаты, фосфаты, алюмосиликаты). Горючее минеральное сырье – органическое ископаемое, используемое как топливо и химическое сырье. К ним относится – уголь, торф, сланец, нефть и природный газ. Растительное и животное сырье. Это органические соединения, продукты живой природы (древесина, хлопок, масла, жиры, белки и т.д.). Она делится на пищевое сырье, используемое в производстве пищевых продуктов, и техническое сырье, используемое в продуктах бытового и промышленного назначения. 2.Реакторы для гетерогенных процессов. Реакторы для гетерогенных процессов подразделяются на газо-жидкостные, реакции для систем газ – твёрдое тело, жидкость твёрдое тело и др. Особо выделяют реакторы для гетерогенно-каталитических процессов. Реакторы для гетерогенных процессов с твердой фазой. В простейшем реакторе (рис. а) твердое вещество загружают в реактор. А газ циркулирует через неподвижный слой. В таком реакторе проводят многие процессы адсорбционной очистки газов и жидкостей, например очистку природного газа от серосодержащих соединений. Недостаток такого процесса – его цикличность. Химические процессы «газ-твердое» протекают много интенсивнее при дроблении твердого реагента. В описанных выше реакторах это сделать практически невозможно. С уменьшением размера частиц резко возрастает гидравлическое сопротивление слоя, возрастает вероятность их слипания, комкования. Обойти это ограничение можно в аппаратах со взвешенным слоем твердых частиц — в псевдоожиженном (рис. г), или фонтанирующем (рис. д) слоях. Основные недостатки этих способов — эрозия стенок аппарата, дробление частиц, унос пыли и загрязнение ею газового потока. Реакторы для гетерогенно-каталитических процессов Наиболее распространенным типом реакторов являются реакторы с неподвижным слоем катализатора. Для адиабатического режима катализатор в виде частиц различной формы засыпают в аппарат (а). Характерный размер частиц (зерен) катализатора составляет 3-8 мм. Катализатор насыпают "в навал", после чего требуется тщательное выравнивание слоя для обеспечения равномерного прохождения через него реакционной смеси. Использование варианта адиабатического реактора часто приводит к большим перепадам температур по высоте каталитического слоя и существенного отклонения средней температуры от ее оптимального значения. Для того, чтобы приблизить температурный режим к оптимальному используются многотоннажные (многосекционные) реакторы, в которых выравнивание температурного режима осуществляют съемом или подводом тепла с помощью теплообменных устройств между секциями или путем подачи между секциями захоложенного или перегретого реагента 3.Технико-экономические показатели: расходный коэффициент по сырью и энергии, фабрично-заводская себестоимость, качество. Расходным коэффициентом называют отношение количества сырья, материалов, топлива и энергии, затраченных на проведение химико-технологического процесса, к количеству полученного целевого продукта.  Себестоимость продукции – это денежное выражение затрат данного предприятия на изготовление и сбыт единицы продукции. Затраты предприятия, непосредственно связанные с производством продукции, складываются из следующих статей: 1)сырье, полуфабрикаты и основные материалы, непосредственно участвующие в химических реакциях; 2) топливо и энергия на технологические цели; 3) заработная плата основных производственных рабочих; 4) амортизация, т.е. отчисления на возмещение износа основных производственных фондов: зданий, сооружений, оборудования и др.; 5) цеховые расходы, включающие затраты на содержание и текущий ремонт основных производственных фондов (в том числе и зарплату вспомогательных и ремонтных рабочих), а также затраты на содержание административно-управленческого персонала цеха, охрану труда и технику безопасности; 6) налог за загрязнение окружающей среды; 7) общезаводские расходы. 4 Задача. Ацетальдегид разлагается в газовой фазе следующим образом: CH3COH = CH4 + CO. Присутствие паров иода заметно ускоряет реакцию. Известно, что первая стадия каталитического процесса CH3COH + I2 = CH3I + HI + CO протекает медленнее второй. Напишите уравнение реакции для второй стадии и уравнение, выражающее закон действия масс для каталитической реакции в целом. Решение: По теории промежуточных соединений, объясняющей гомогенный катализ, реакция А + В = АВ (а) протекает по стадиям: 1) А + К = АК, 2) АК + В = АВ + К, где К - катализатор. Очевидно, что а = 1 + 2 или 2 = а - 1 : CH3COH - CH3COH - I2 = CH4 + CO - CH3I - HI - CO ( оперируем с химическим уравнением как с алгебраическим ). CH3I + HI = CH4 + I2 Так как лимитирующей стадией каталитического процесса является медленная стадия, то уравнение скорости разложения ацетальдегида согласно закону действия масс будет  Билет 5. 1 Классификация реакторов. 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. 2 Влияние температуры на скорость реакции.  3 Технологические критерии эффективности химико-технологического процесса: степень превращения (конверсия, выход продукта, селективность, производительность, интенсивность). 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  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 (и целевую, и побочные) Производительность – это количество выработанного продукта или переработанного сырья в единицу времени:  Интенсивность – это производительность, отнесённая к какой-либо величине, характеризующей размеры аппарата, - его объёму, площади поперечного сечения и т.д.  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 |