Химическое производство и химический процесс. (Тема 1)

1.

Доцент кафедры НХТ
канд. техн. наук
Заиченко Надежда Викторовна
E-mail: [email protected]
Можно найти:
К. 1-204а

2.

Химический процесс

3. Литература

• Биккулов А.З. Химический процесс:
учебное пособие – Уфа: ООО
«Монография», 2007. – 312 с.
• Бесков В.С. Общая химическая
технология. Учебник для вузов. - М.:
ИКЦ «Академкнига», 2005. – 452 с.

4. Тема 1_Химическое производство и химический процесс

• Химическое производство как химикотехнологическая система
• Технологические потоки в химическом
производстве
• Функциональная структура и
компоненты химического производства
• Способы изображения химического
производства
Классификация химических процессов

5. Система – совокупность элементов и связей между ними, функционирующая как единое целое

•Химическое производство –
непрерывный технологический поток,
предназначенный для переработки сырья в
необходимый продукт, в котором в
определенной последовательности
изменяется материальное или
энергетическое состояние вещества путем
физических и химических превращений –
процессов, осуществляемых в машинах и
аппаратах.
Система – совокупность элементов и связей
между ними, функционирующая как единое целое

6.

• Химико-технологическая система (ХТС) —
функционирующий как единое целое
технологический объект, взаимодействующий с
внешней средой и обладающий сложным
внутренним строением, большим числом
составных частей – элементов, взаимосвязанных
технологическими (материальными,
энергетическими, информационными) потоками,
предназначенный для переработки исходных
веществ в целевые продукты.
• Совокупность всех элементов и связей составляет
структуру системы – химического производства.

7.

Структуры химических производств как
ХТС различаются:
• а) свойствами элементов (типом
процессов и конструкцией аппаратов, в
которых они протекают);
• б) числом элементов;
• в) особенностями технологических
связей между элементами.

8.

• Химическое производство,
предназначенное для получения из
конкретных исходных веществ
определенного целевого продукта,
является основной самостоятельной
единицей химической технологии.
• Системный подход – такой способ
анализа проблемы или объекта, при
котором ее состояние, свойства и
особенности выводятся из состояния и
свойств составляющих элементов и
законов взаимосвязи между ними.

9.

Для химического производства
характерны:
• сложность поведения;
• большое число выполняемых функций.
Химическое производство можно
представить как ряд
функциональных подсистем,
обладающих определенной
целостностью

10. Иерархическая структура химического производства

11.

Классификация типовых процессов химической технологии
Гидромеханические
процессы:
скорость определяется
законами гидродинамики
связаны с переносом
импульса (количества
движения) в жидкостных и
газовых потоках, а также
в системах с твердыми
телами.
Движущая сила – градиент
давлений (разность
давлений)
Массообменные
(диффузионные)
процессы:
скорость определяется
законами массопередачи
связаны с переносом
вещества из одной фазы
в другую за счет
диффузии.
Движущая сила –
градиент концентраций
(разность концентраций)
Тепловые процессы:
скорость определяется
законами теплопередачи
связаны с переносом
теплоты,
сопровождаются
переносом импульса.
Движущая сила –
градиент температур
(разность температур)
Механические
процессы:
скорость определяется
законами механики
твердых тел
связаны с переносом
импульса (количества
движения)
Движущая сила –
градиент напряжений
(разность сил,
давлений)
Химические
(реакционные)
процессы:
скорость определяется
законами химической
кинетики и
макрокинетики
связаны с переносом
вещества с целью их
превращения в другие,
сопровождаются
переносом теплоты и
импульса.
Движущая сила –
градиент концентраций
(разность концентраций)
Перегонка
Отстаивание
Центрифугирование
Фильтрование
Перемешивание
Течение жидкой среды
через слой зернистого
материала
Ректификация
Абсорбция
Адсорбция
Экстракция
Сушка
Кристаллизация
Нагревание
Охлаждение
Испарение
Конденсация паров
Плавление
Затвердевание
Измельчение
Транспортирование
Сортировка
Смешение
Рассев
Крекинг
Риформинг
Пиролиз
Окисление
Алкилирование
Изомеризация

12.

• Технологический процесс –
последовательное изменение состава,
структуры и энергетического уровня
технологического потока,
ориентированное на решение
определенной технологической задачи
(операции).

13. Конечные результаты химического процесса являются обобщенным результатом одновременно протекающих химических реакций, диффузионных, ма

• Химический процесс — процесс
химической технологии,
осуществляющий химическое
превращение (изменение химической
структуры молекул компонентов
сырьевой смеси), осложненное массо- и
теплообменом, а также
гидродинамической ситуацией в
реакторе .
Конечные результаты химического процесса являются
обобщенным результатом одновременно протекающих
химических реакций, диффузионных, массо- и теплообменных
процессов.

14. Параметры химического процесса

• 1) входные параметры X. Переменные,
значения которых можно измерить, но
возможность воздействия на них отсутствует
(например, состав сырья).
2) управляющие параметры U.
Переменные, на которые можно оказывать
воздействие, что позволяет управлять
процессом (например, количество исходного
сырья, температура процесса).

15. Параметры химического процесса

• 3) возмущающие параметры Z.
Переменные, которые случайно изменяются
во времени и недоступны для измерения
(например, изменение активности
катализатора, примеси в сырье).
4) выходные параметры У. Переменные,
показывающие результаты процесса;
определяются режимом процесса. Иногда их
называют также параметрами состояния, так
как они описывают состояние процесса,
возникающее в результате суммарного
воздействия входных и управляющих
параметров.

16.

• Технологический режим – набор
заданных значений управляющих
параметров, влияющих на
интенсивность протекания процесса в
аппарате и определяющих результаты
процесса.

17. Технологические потоки по их содержанию и функциональному назначению классифицируют:

• а) материальные потоки – переносят вещества и
материалы по трубопроводам, транспортерам и
другим механическим устройствам; эти потоки
называют также технологическими;
б) энергетические потоки – переносят энергию
различных видов (тепловую, электрическую,
механическую и т.п.) по разным каналам
(трубопроводы, силовые кабели, вал двигателя и
другие элементы приводов);
в) информационные потоки – переносят
измерительную и управленческую информацию по
электрическим проводам, по капиллярным и тонким
трубкам в пневматических системах.

18. Основные типы соединения аппаратов и машин в химическом производстве

• последовательное
• разветвленное

19. Основные типы соединения аппаратов и машин в химическом производстве

• параллельное
• обводное (байпасное)

20. Основные типы соединения аппаратов и машин в химическом производстве

• перекрестное
• разветвленное

21.

• Компоненты – составляющие,
обеспечивающие функционирование
химического производства, их подразделяют
на постоянные и переменные.
• Постоянные компоненты закладываются в
производство или участвуют в нем
практически весь срок его существования. К
этим компонентам относят:
- аппаратуру (машины, аппараты, емкости,
трубопроводы, арматура);
- устройства контроля и управления;
- строительные конструкции (здания,
сооружения);
- обслуживающий персонал (субъекты труда).

22.

Переменные компоненты постоянно потребляются или
образуются в производстве :
• сырье – исходные природные материалы, используемые
в производстве и частично или полностью входящие в
состав конечного продукта. Сырье, ранее
подвергавшееся промышленной переработке,
называется полуфабрикат;
• б) вспомогательные материалы – вещества,
необходимые для функционирования производства, но
не входящие в состав конечного продукта.
• в) целевой (товарный) продукт – вещество, ради
получения которого создано производство
• г) энергия, обеспечивающая функционирование
производства
• д) отходы производства – не вошедшие в состав
целевого продукта остатки использованных в
производстве веществ и материалов, а также тепловые
потери, образующиеся из-за неполноты использования
энергетических ресурсов

23.

• Химическая схема представляет собой
совокупность стехиометрических уравнений всех
реакций, наблюдающихся при превращении сырья в
целевой продукт.

24.

• Функциональная (операционная) схема изображает
химическое производство как последовательный ряд функций
(технологических задач), при выполнении которых
обеспечивается переработка сырья в целевой продукт.

25.

• Технологическая схема – последовательное изображение
(или описание) процессов и соответствующих им аппаратов и
машин с указанием технологических потоков, в котором
аппараты показаны в виде условного изображения,
технологические потоки — линиями со стрелками.

26.

• Структурная (блочная) схема. Химическое
производство представляется как совокупность
блоков, имеющих входы и выходы.

27.

• Операторная схема, в которой каждый аппарат изображается
в виде технологического оператора – условного обозначения,
дающего наглядное представление о физико-химической
сущности процесса, протекающего в аппарате.

28.

Классификация химических процессов
По физикохимическим
признакам
По изменению
параметров во
времени
По характеру
движения
реагирующего
потока
По
физическим
признакам
По способу
организации
процесса

29.

Классификация в зависимости от изменения параметров процесса во
времени
Установившейся
(стационарный)
процесс:
значения параметров,
характеризующих
процесс, постоянны во
времени, т.е. являются
функциями положения
каждой точки в
пространстве
Неустановившейся
(нестационарный)
процесс:
значения параметров,
характеризующих
процесс, переменны во
времени, т.е. являются
функциями положения
каждой точки в
пространстве и времени
Квазистационарный процесс:
процесс, протекающий в
ограниченной системе и
распространяющийся в ней
так быстро, что за время
распространения этого
процесса в пределах системы
её состояние не успевает
измениться

30.

Классификация процессов по способу организации
процесса
Периодические
процессы:
поступление сырья и
вывод реакционной
смеси из
реакционного объема
не совпадают во
времени.
Непрерывные
процессы:
Полупроточные
процессы:
поступление сырья и
вывод реакционной
смеси из
реакционного объема
происходят
непрерывно и
совпадают по
времени
часть компонентов
загружают в начале
процесса, а часть
подают во время
ведения процесса.

31.

Классификация химических процессов по физикохимическим признакам
По кинетическим
характеристикам,
лежащих в основе
реакций
Простые
Сложнопоследовательные
Сложнопараллельные
По типу воздействия,
необходимого для
химического
превращения
Термические
Каталитические
Физические,
инициируемые
электрическим
током,
излучениями
различной
природы и др.
По
термодинамическим
показателям реакций
По
тепловому
эффекту
По
равновесному
состоянию
Экзотермические
Эндотермические
Обратимые
Необратимые

32.

Классификация химических процессов по физическим
признакам
По числу фаз
Гомогенные
(однофазные)
Гетерогенные
(многофазные)
По агрегатному
состоянию фаз
Г-Г
Г-Ж
Г-Т
Ж-Ж
Ж-Т
Т-Т
По температурному
режиму
Изотермические
Адиабатические
Политермические

33.

Классификация
химических процессов
по характеру движения реагирующего
потока
СМЕШЕНИЯ
ВЫТЕСНЕНИЯ
1) поступающие частицы сразу же полностью
перемешиваются с находящимися там
частицами, т.е. равномерно распределяются в
реакционном объеме;
2) во всех точках реакционного объема
мгновенно выравниваются значения
параметров, характеризующих процесс;
3) время пребывания частиц в реакционном
объеме неодинаково
1) все частицы движутся в заданном
направлении, не перемешиваясь с
движущимися впереди и сзади частицами и
полностью вытесняя находящиеся впереди
частицы потока;
2) все частицы равномерно распределены по
площади поперечного сечения реакционного
объема и действуют при движении подобно
твердому поршню;
3) время пребывания всех частиц в
реакционном объеме одинаково