uzluga.ru
добавить свой файл
1
П Р О Г Р А М М А курса лекций

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ


для студентов IV курса химического факультета СПбГУ 2012 г


1. Общие положения химической технологии.

Этапы формирования химической технологии как науки. Тенденции развития химической технологии.

Энергия. Виды энергии, и ее источники. Оценка энергетического совершенства современных производств. Производство ИЖТ.

Сырье. Классификация сырья. Важнейшие тенденции в развитии сырьевой проблемы. Нефть, древесина, воздух, вода, вторичные материальные ресурсы.

Химическое оборудование. Основные составляющие любой конструкции и требования, предъявляемые к ней.

Виды конструкционных материалов, используемые в химической промышленности, и их характеристики. 1. Стали. 2. Чугуны. 3. Цветные материалы и их сплавы. Виды коррозии. Способы борьбы с коррозией. 4. Неметаллические конструкционные материалы. Полимерные композиционные материалы.

Влияние материала на конструкцию аппарата и способ его изготовления. Конструкционные особенности аппаратов из высоколегированных сталей, эмалированных аппаратов, аппаратов из цветных металлов и аппаратов из пластмасс.

11. Теоретические основы химической технологии

Основные положения системного подхода. Цели и задачи подхода. Иерархия ХТС. Основные характеристики ХТС. Моделирование как основной метод исследования ХТС. Основные положения метода, его цель и требования, предъявляемые к нему. Принцип подобия.

Статистические модели. Математическая теория эксперимента. Матрица планирования и её свойства. Расчёт ошибки опытов, проверка значимости коэффициентов уравнения регрессии и установление адекватности модели.

Физические модели. Построение физической модели с помощью инвариантов геометрического и физического подобия. Область применения метода.

Математические модели. Принцип математического подобия. Классификация математических моделей. Требования, предъявляемые к ним. Основные этапы построения математических моделей.
Математические модели химических реакторов

Математические модели реакторов с различной гидродинамической обстановкой..

Гидродинамическая структура потока. Поток. Процессы переноса субстанции в потоке Характеристика потоков с помощью скорости движения и времени пребывания.

Способы изучения гидродинамической структуры потока. Метод нанесения возмущения и получение распределения элементов потока по времени их пребывания в аппарате. Метод математической оценки кривых отклика на нанесенное возмущение. Основные численные характеристики.

Модели гидродинамической структуры потока. Идеальные модели: вытеснения и смешения. Неидеальные модели: диффузионные (одно- и двухпараметрическая), ячеечная, рециркуляционная и комбинированная .

Математические модели гомогенных химических реакторов

Общие сведения о химических реакторах и предъявляемых к ним требованиям. Классификация химических ректоров Уравнения материального и теплового баланса.

Изотермический режим. Модели химических реакторов идеального смешения: периодический и непрерывный. Модель реактора идеального вытеснения. Математическая модель каскада реакторов (алгебраический и графический способы расчета основного параметра модели). Сравнение эффективности работы одиночных реакторов идеального смешения, идеального вытеснения и каскада при проведении в них простой необратимой реакции 1-ого порядка, сложных реакций (параллельные и последовательные).

Адиабатический режим. Математическая модель стационарного непрерывного реактора идеального смешения (РИС), в котором протекает эндотермическая или экзотермическая необратимая реакция первого порядка. Способы увеличения степени превращения реагентов.

Политермический режим. Стационарный непрерывный реактор идеального смешения, в котором протекает эндотермическая или экзотермическая необратимая реакция первого порядка.

Сравнительная оценка гомогенных реакторов, функционирующих в различных тепловых режимах. при проведении необратимой реакции первого порядка в непрерывном РИС. Выбор оптимального температурного режима для химических реакторов.

Математические модели гетерогенных химических реакторов.

Массообменные процессы. Области протекания гетерогенных процессов. Модели катализа на твердых гладких и пористых катализаторах. Технологические характеристики катализаторов. Основные методы их изготовления. Промышленная реализация гетерогенных каталитических процессов: аппарат с неподвижным слоем катализатора, реактор с движущимся слоем катализатора и аппарат с псевдоожиженным слоем катализатора.

Оптимизация работы ХТС.

Формулирование задачи оптимизации. Классический метод оптимизации. Метод неопределённых множителей Лагранжа. Методы нелинейного программирования:

Расчет ХТС с помощью декомпозиционных методов.

Анализ структуры ХТС и представление ее в виде ориентированного графа. Определение вычислительной последовательности расчета элементов ХТС с помощью разомкнутого или замкнутого графа.

III. Общие принципы разработки химических производств

Химическая и технологическая схемы производства.

Химическая схема производства, ее разработка и выбор. Технологическая схема. Этапы ее построения (функциональная, структурная, операторная и технологическая схемы). Технологические связи элементов в процессах химической технологии (последовательное, последовательно-обводное, параллельное, обратное и перекрестное соединение). Принципиальная (функциональная) схема процессов синтеза полиэтилена.

Оценка эффективности работы химического производства с помощью соответствующих критериев. Эксергия.

Экологические проблемы химической технологии.

Понятие биосферы. Проблемы охраны окружающей среды. Химическая промышленность и загрязнение окружающей среды. Безотходная технология. База для создания производства с безотходной технологией.

ЛИТЕРАТУРА


1. Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. М. ИКЦ "Академкнига" 2004.

2. Основы химической технологии/ под ред. Мухлёнова И.П., М.: Высшая школа, 1991.

3. Соколова О.С., Кроль В.А. Моделирование химико-технологических процессов. Методические указания. Л., изд. ЛГУ, 1988.

4. Соколова О.С., Кроль В.А. Методы оптимизации химико-технологических процессов. Методические указания. Л., изд. ЛГУ, 1990

5. Соколова О.С., Билибин А.Ю. Анализ и синтез ХТС. СПб., изд. СПбГУ, 1996.

6. Соколова О.С., Шагов В.С. Основные принципы разработки и критерии оценки химического производства. СПб., изд. СПбГУ, 2007.

7.Соколова О.С., Шагов В.С. Обеспечение химических производств сырьем, энергией и конструкционными материалами. СПб., изд. СПбГУ, 2010 .