Программа учебной дисциплины \"Химическая технология\" icon

Программа учебной дисциплины "Химическая технология"


Скачать 40.15 Kb.
НазваниеПрограмма учебной дисциплины "Химическая технология"
Размер40.15 Kb.
ТипПрограмма

Программа учебной дисциплины

«Химическая технология»

Программа учебной дисциплины "Химическая технология" предназначена для студентов 3 и 4 курсов химического факультета Башкирского государственного университета. Курс "Химическая технология" замыкает в университетском образовании базовую подготовку студентов по химическим дисциплинам. Он имеет целью сформировать основы технологического мышления, раскрыть взаимосвязи между развитием химической науки и химической технологии, подготовить выпускников университетов к активной творческой работе по созданию перспективных процессов, материалов и технологических схем.

Курс химической технологии должен обеспечить понимание выпускником университета многоуровневого и многокритериального характера задач создания новых технологий, предоставить ему знания и навыки, необходимые для грамотного отыскания точек приложения новых научных результатов, а также экспертизы технологических решений на основе универсальных критериев, вытекающих из фундаментальных законов природы. С этой целью значительное место в курсе отведено методологическим вопросам науки о химико-технологических процессах (ХТП): обоснованию и применению критериев термодинамического совершенства ХТП; физико-химическим принципам классических технологических операций и их базовым математическим моделям; методологии анализа и синтеза технологических систем сложной иерархической структуры. Выделены те общие проблемы технологии, прогресс в решении которых в наибольшей степени определяется текущим уровнем фундаментальных исследований.

Особенностью университетского курса химической технологии является активное использование и углубление тех знаний, которые студенты приобретают при изучении предшествующих курсов, включая многие разделы математики, физики, химической термодинамики, химической кинетики и катализа, коллоидной химии, химии неорганических, органических и высокомолекулярных соединений.

Важную функцию в изучении предмета химической технологии, помимо лекционного курса, несут лабораторные занятия. Лабораторный практикум призван дать выпускникам конкретные знания об "инструментарии" химической технологии. Путем выполнения экспериментальных работ на модельных установках студенты изучают основные закономерности классических технологических процессов и приобретают навыки использования базовых математических моделей процессов при интерпретации экспериментальных данных.

Самостоятельным этапом в изучении дисциплины является учебно-производственная практика студентов на химических предприятиях или опытных производствах научно-исследовательских институтов. Практика призвана закрепить знания, полученные студентами на лекционных, семинарских и лабораторных занятиях; познакомить их с реальными методами контроля и управления сложными ХТП.

В результате изучения учебной дисциплины студент должен:


знать:

  • классификацию и теоретические основы процессов;

  • устройство и принцип действия аппаратов;

  • зависимость хода процесса от внешних воздействий;

  • методику расчета материального и теплового баланса процессов и аппаратов;

  • принципы выбора аппаратов для проведения заданного процесса;


уметь:

    • определять основные параметры процесса;

    • составлять и рассчитывать материальный и тепловой баланс отдельных процессов;

    • выбирать наиболее рациональную схему и ход процесса;

Раздел 1. Общие вопросы химической технологии

Тема 1.1. Введение

Роль и масштабы использования химических процессов в различных сферах материального производства. Сырьевая и энергетическая база химических производств. Тенденции развития техносферы и возрастающее значение проблем ресурсо- и энергосбережения, обеспечения безопасности химических производств, защиты окружающей среды.

Тема 1. 2. Вода в химической промышленности

Основные направления использования воды в химической промышленности. Рациональное использование водных ресурсов в химической промышленности. Виды природных вод. Показатели качества воды. Жёсткость воды и методы её уменьшения. Ионообменная очистка воды. Промышленная водоподготовка.

Тема 1.3. Химико-технологические системы

Химическое производство как сложная система. Основные этапы создания химико-технологических систем (ХТС); принципы и общая стратегия системного подхода. Структурная иерархия технологических систем: молекулярные процессы – макрокинетика – аппараты – производства – глобальные проблемы развития техносферы.

Тема 1.4. Основные показатели химико-технологического процесса

Классификация процессов химической технологии. Фундаментальные критерии эффективности использования сырья и энергоресурсов в ХТП. Интегральные уравнения баланса материальных потоков в технологических системах. Показатели расхода различных видов сырья; относительный выход продукта. Критерии интенсивности ХТП. Интегральные уравнения баланса потоков энергии. Сопоставление масштабов изменения различных форм энергии в типовых процессах. Коэффициенты преобразования энергии. Термодинамическая неравноценность различных форм энергии; термодинамическая шкала качества тепловой энергии. Интегральное уравнение баланса энтропии; рост энтропии в технологическом процессе. Эксергия как мера потенциальной работоспособности системы. Уравнение баланса эксергии; связь между потерями эксергии и производством энтропии. Коэффициенты преобразования эксергии. Основные источники производства энтропии в технологических процессах; общее выражение скорости производства энтропии через потоки субстанций и их движущие силы. Основные направления повышения эффективности использования сырьевых и энергетических ресурсов. Комплексное использование сырья. Энерготехнологические схемы и их сущность.

Раздел 2. Процессы и аппараты химической технологии

Тема 2.1. Гидростатика

Гидравлика. Гидростатика. Понятие давления. Принцип статики. Вывод дифференциальных уравнений равновесия Эйлера на основе принципа статики. Основное уравнение гидростатики, физический смысл входящих в него величин.

Закон Паскаля. Принцип сообщающихся сосудов. Применение закона Паскаля и следствия из него: манометры, пьезометры, водомерные стёкла. Гидропрессы.

Тема 2.2. Гидродинамика

Гидродинамика. Понятия расход и скорость движения жидкости, их размерность. Дифференциальные уравнения движения Эйлера, их вывод на основе принципа динамики. Вывод закона Бернулли на основе интегрирования дифференциальных уравнений движения Эйлера. Физический смысл входящих в уравнение Бернулли величин. Уравнение сплошности струи.

Режимы движения жидкости и критерий Рейнольдса. Ламинарное движение жидкости. Выражение скорости любого самопроизвольного процесса и его применение для расчета скорости движения отдельных слоев жидкости. Распределение скоростей по сечению потока при ламинарном движении. График распределения скоростей потока при ламинарном и турбулентном движении, средняя скорость потока.

Измерение скорости движения потока и расхода жидкости с помощью гидродинамических труб.

Типы сужающих устройств: мерная диафрагма, сопло, труба Вентури. Определение напора до и после сужающего устройства с помощью дифманометра. Определение скорости потока с помощью мерной диафрагмы.

Тема 2.3. Тепловые процессы

Тепловые процессы. Теплообмен. Движущая сила теплообмена. Температурный градиент. Тепловые балансы. Основное уравнение теплопередачи. Физический смысл общего коэффициента теплопередачи. Коэффициент теплоотдачи. Теплопередача через плоскую металлическую стенку при постоянной температуре теплоносителей. Средний температурный напор при прямотоке и противотоке. Три элементарных способа распространения тепла: теплопроводность, конвекция, тепловое излучение.

Аппаратура для теплообмена. Нагревающие и охлаждающие агенты, их теплофизические свойства. Теплообменники, их типы, устройство, преимущества и недостатки. Способы компенсации неравномерного расширения трубного и межтрубного пространства теплообменников.

Тема 2.4. Массообменные процессы

Массообменные процессы, виды процессов массопередачи. Правило фаз. Фазовое равновесие. Линия равновесия. Материальный баланс. Рабочая линия. Направление массопередачи. Движущая сила массопередачи, средняя движущая сила массопередачи. Понятие теоретической тарелки, определение числа теоретических ступеней графическим методом.

Перегонка жидкостей. Простая перегонка, определение. Перегонка бинарной смеси на диаграмме: «температура - состав пара – состав – жидкости» и на диаграмме: «состав жидкости - состав пара». Равновесие между фазами. Недостатки простой перегонки. Перегонка под вакуумом, с водяным паром, с инертным газом, какие условия при этом изменяются.

Ректификация, её сущность. Сходства и различия с простой перегонкой. Принципиальная схема установки ректификации непрерывного действия. Материальный баланс колонны ректификации и вывод уравнения рабочей линии укрепляющей и исчерпывающей части колонны непрерывного действия. Построение рабочих линий на диаграмме «у-х» и нахождение числа теоретических тарелок колонны. Флегмовое число. Расчет минимального и рабочего флегмового числа.

Периодическая ректификация. Режимы работы колонны: а) при постоянном флегмовом числе; б) при постоянном составе дистиллята.

Устройство различных типов колонн: насадочных, тарельчатых (ситчатого, колпачкового и клапанного типа). Преимущества и недостатки различных типов колонн.

Основы ректификации многокомпонентных смесей.

Абсорбция. Равновесие при абсорбции. Материальный баланс процесса абсорбции. Скорость абсорбции. Связь коэффициента массопередачи с коэффициентами массоотдачи. Устройство различных типов абсорберов: поверхностные, пленочные, насадочные, тарельчатые, распыливающие.

Области применения различных методов разделения смесей веществ.

^ Раздел 3. Химические реакторы.

Основные типы химических реакторов; основные требования, предъявляемые к ним, примеры их использования в технологии важнейших химических продуктов. Реакторы с различными режимами движения: реактор периодического и непрерывного действия, реакторы идеального смешения и полного вытеснения. Реакторы с различным тепловым движением. Принципы построения многоуровневых математических моделей процессов в гетерогенных каталитических реакторах. Кинетические модели химических реакций. Диффузионно-кинетические режимы протекания реакции в пористой грануле катализатора. Изменение наблюдаемого кинетического порядка реакции. Факторы, определяющие эффективность использования катализатора. Явление множественности стационарных режимов, области их притяжения и устойчивость (области "зажигания" и "гашения" реакции) на примере экзотермической каталитической реакции. Моделирование проточных реакторов с неподвижным слоем катализатора и реакторов идеального перемешивания. Способы сопряжения химического превращения с процессами разделения продуктов реакции.

Схемы производства. Операционная и технологическая схемы производства, открытая и циркуляционная схемы. Условные обозначения аппаратов и машин.


^ Раздел 4. Важнейшие производства


Тема 4.1 Процессы гидролиза, гидратации, этерификации

Общая характеристика реакций этерификации и гидролиза. Термохимия. Термодинамика. Влияние строения спирта и кислоты на константу равновесия. Кинетика и катализ. Влияние строения спирта и кислоты на константу скорости реакции. Применение сложных эфиров.

Реактора для проведения реакций этерификации периодического и непрерывного действия.

Принципиальная технологическая схема установки получения этилацетата этерификацией уксусной кислоты этанолом.

Сернокислотная гидратация этилена.

Прямая гидратация этилена. Сравнение методов прямой и сернокислотной гидратации. Промышленное применение обоих методов.


Тема 4.2 Получение фенола и ацетона кумольным способом»

Области применения фенола и различные способы его получения. Преимущества окислительного способа получения фенола. Гидроперекисный способ как классический пример нефтехимического производства с комплексным использованием сырья. Радикально–цепной механизм окисления изопропилбензола в гидроперекись, особенности механизма окисления, продукты различных направлений. Автоокисление, инициированное окисление. Решение основной химико-технологической задачи при окислении изопропилбензола: а) кинетика;

б) технологические приемы, связанные с неустойчивостью гидроперекиси изопропилбензола (фракционирование, профиль температуры). Выбор реактора.

Ионный механизм расщепления гидроперекиси изопропилбензола в присутствии кислоты. Лимитирующая стадия. Анализ кинетики лимитирующей стадии. Технологические приёмы проведения стадии кислотного разложения гидроперекиси. Два варианта отвода тепла. Типы реакторов.


Тема 4.1 Процессы переработки нефтяного сырья

Термический крекинг нефтяных фракций. Назначение процесса, сырьё. Химические основы процесса. Реакции основных групп углеводородов. Механизм термического крекинга парафинов. Теория Райса на примере крекинга н-бутана. Теоретический состав продуктов крекинга н-бутана. Аппаратурное оформление, технологическая схема термического крекинга, основные продукты и их свойства. Коксование нефтяных остатков. Назначение процесса, сырьё. Типы установок коксования нефтяных остатков. Схема установки непрерывного контактного коксования. Основы пиролиза: назначение процесса, сырьё, целевые продукты, основные параметры процесса.

Каталитический крекинг нефтяных фракций. Назначение процесса, сырьё. Реакции основных групп углеводородов. Первичные и вторичные реакции, их влияние на состав продуктов крекинга. Ионный механизм каталитического крекинга. Катализаторы. Блок реактор-регенератор с движущимся шариковым катализатором. Блок реактор-регенератор с «кипящим слоем» катализатора, преимущества «кипящего слоя» перед шариковым катализатором. Принципиальная схема каталитического крекинга с «кипящим слоем». Основные продукты крекинга, выход бензина автомобильного, авиационного.

Назначение, сырьё каталитического риформинга. Целевые продукты, их характеристика. Химизм и термодинамика процесса. Катализаторы риформинга и механизм их каталитического действия.

Основы управления процессом. Промышленные установки каталитического риформинга


Тема 4.4 Получение дивинила по Лебедеву.

Основные и побочные реакции, протекающие при получении дивинила из этанола по Лебедеву. Решение основной задачи химической технологии на основе анализа лимитирующей стадии процесса. .Принципиальная технологическая схема промышленной установки получения дивинила по Лебедеву. Области применения дивинила. Условия его хранения и траспортировки.


Тема 4.5 Процессы гидрирования и дегидрирования.

Дегидрирование н-бутана. Основная и побочные реакции. Формулировка основной задачи химической технологии. Анализ особенностей термодинамики реакции на качественном и количественном уровне. Кинетика процесса. Выбор реактора, приемы подвода тепла в зону реакции. Принципиальная схема промышленной установки.

Дегидрирование бутена – 1 до бутадиена – 1,3. Основная и побочные реакции. Особенности термодинамики на качественном и количественном уровне. Кинетика процесса. Выбор реактора, роль водяного пара в поддержании высокой активности катализатора. Регенерация катализатора.

Принципиальная схема промышленной установки.

Особенности дегидрирования циклогексана по сравнению с дегидрированием алифатических углеводородов. Использование этой реакции в лаборатории и в промышленности.


Тема 4.6 Производство аммиака

Значение азота в живой природе. Проблема фиксации атмосферного азота: дуговой, цианамидный способ, недостатки этих способов. Области применения аммиака. Получение и очистка азотоводородной смеси.

Термохимическое уравнение реакции синтеза аммиака. Основная задача химической технологии. Термодинамика на качественном уровне. Принцип Ле-Шателье. Термодинамика на количественном уровне. Изобара Вант-Гоффа. Влияние температуры, давления, чистоты азотоводородной смеси на равновесие. Кинетика. Формальное уравнение скорости и формальный порядок по реагентам. Истинная кинетика в присутствии катализатора, суммарный порядок по реагентам, анализ уравнения. Сопоставление требований термодинамики и кинетики, выбор условий проведения реакции.

Обоснование выбора реакционного устройства. Тип реактора: адиабатический – изотермический; реактор вытеснения – смешения; реактор периодического – непрерывного действия.

Схема установки, её описание.

Тема 4.7 Производство азотной кислоты

Виды азотной кислоты, её применение. Физические и химические свойства.

Первая стадия процесса получения азотной кислоты: окисление аммиака. Разные направления протекания реакции, термохимия. Термодинамика. Кинетика. Формальное уравнение скорости реакции, суммарный порядок по реагентам. Истинная кинетика в присутствии катализатора, суммарный порядок по реагентам. Анализ истинного кинетического уравнения.

Реактор окисления. Катализаторы. Тип реактора: адиабатический – изотермический; вытеснения – смешения; периодический – непрерывный.

Вторая стадия: окисление окиси азота до двуокиси. Термодинамика качественно. Способы смещения равновесия. Термодинамика окисления окиси азота до двуокиси на количественном уровне. Кинетика, механизм. Анализ кинетического уравнения.

Третья стадия: абсорбция двуокиси азота водой. Схема получения разбавленной азотной кислоты. Способы получения концентрированной азотной кислоты.


Тема 4.8 Производство серной кислоты

Физические и химические свойства серной кислоты. Товарные сорта серной кислоты. Области применения серной кислоты.

Виды сырья для производства серной кислоты, их преимущества и недостатки.

Нитрозный способ получения серной кислоты. Уравнения реакций. Аппаратурное оформление.

Обжиг серного колчедана. Уравнения реакции по стадиям. Термохимия. Кинетика. Способы интенсификации обжига. Типы печей обжига, их преимущества и недостатки.

Окисление двуокиси серы. Термохимическое уравнение реакции. Термодинамика качественно. Принцип Ле-Шателье. Термодинамика количественно. Кинетика формальная, суммарный порядок по реагентам. Истинная кинетика в присутствии катализатора, суммарный порядок по реагентам. Анализ истинного кинетического уравнения. Тип реактора окисления: адиабатический – изотермический; вытеснения – смешения; непрерывный – периодический.

Абсорбция серного ангидрида 98,3%-ной серной кислотой. Схема производства.


^ РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная

  1. И.М. Кузнецова, Х.Э. Харлампиди, Н.Н. Батыршин. Общая химическая технология. Материальный баланс химико-технологического процесса. Учебное пособие. М.: Логос, 2007, 264 с.

2. А.Ю. Закгейм. Общая химическая технология. Введение в моделирование химико-технологических процессов. М.: Логос, 2009, 303 с.

3. Мухленов И.П. и др.Общая химическая технология. В 2-х томах. Т 2: Важнейшие химические производства: Учебник для химико-технологических специальностей вузов – 2009 г.

4. Мухленов И.П. и др Общая химическая технология. В 2-х томах.Т 1: Теоретические основы химической технологии: Учебник для химико-технологических пециальностей вузов – 5-е изд., стер 2009 г.

5. Дытнерский Ю. И., Борисов Г.С., Брыков В Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию: Уч. пос. для вузов - изд., стер. 2010 г.

6. Касаткин, Андрей Георгиевич. Основные процессы и аппараты химической технологии : учебник / А. Г. Касаткин .— М. : Альянс, 2009 .— 753 с. : ил. — Перепечатка с 9-го изд. 1973 г. — Библиогр.: с. 715-718 .

7. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Уч.пособие для вузов.(изд:14) Альянс, 2011 г. 576

8. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза, М: Альянс, 2011 г.

9. Ахметов, Сафа Ахметович. Практикум по инженерным расчетам физико-химических свойств углеводородных систем / С. А. Ахметов, Н. А. Гостенова ; УГНТУ .— Уфа : УГНТУ, 2006 .— 148 с. — Обяз. экз. — Библиогр.: с. 147 .

10. Ахметов, Сафа Ахметович. Лекции по технологии глубокой переработки нефти в моторные топлива : учеб. пособия / С. А. Ахметов .— СПб. : Недра, 2007 .— 312 с.


Дополнительная


11. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии. Кн.1 и 2. Под ред. В.Г.Айнштейна. М.: Высшая школа. 2003.

12. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1973.

13. В.С. Тимофеев, Л.А. Серафимов. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза. М.: Высшая школа, 2003. 536с.

14. Р.С. Соколов. Химическая технология, т. 1 и 2, М.: Владос, 2003.

15. Соколов Р.С. Практические работы по химической технологии. М.: Владос, 2004.

16. Журнал прикладной химии.

17. Журнал «Теоретические основы химической технологии»

18. Хаджиев С.Н. Крекинг нефтяных фракций. М. Химия. 1982. 277 с.

19. Кирпичников П.А., Аверко-Антонович Л.А., Аверко-Антонович Ю.О. Химия и технология синтетического каучука. Л. 1987. 424.

20. Исагулянц В.И. Химия нефти. Руководство к лабораторным работам. 1965. М.

21. Авербух А.Я., Тумаркина Е.С., Мухлеров И.П. Практикум по общей технологии. М. 1973.

22. Н.Н. Смирнов, В.М. Барабаш, К.А. Карпов. Альбом типовой химической аппаратуры. С-Пб.: Химиздат, 2006, 80 с.

23. Базунова М.В. Химическая технология. Часть 1. Процессы и аппараты химической технологии: Учебное пособие. Уфа: РИЦ Башгу, 2009. – 96 с.

24. А.М. Кутепов, Т.И. Бондарева, М.Г. Беренгартен. Общая химическая технология, М.: ИКЦ «Академкнига», 2003 г.

25. Ю.И. Дытнерский. Процессы и аппараты химической технологии, ч. 1 и 2.- М.: Химия, 2002.

Похожие:

Программа учебной дисциплины \"Химическая технология\" iconПрограмма учебной дисциплины "Химическая технология"
Он имеет целью сформировать основы технологического мышления, раскрыть взаимосвязи между развитием химической науки и химической...
Программа учебной дисциплины \"Химическая технология\" iconПрограмма учебной дисциплины
Целью изучения учебной дисциплины «Налоговое право Российской Федерации» является формирование у студентов юридического факультета...
Программа учебной дисциплины \"Химическая технология\" iconПрограмма учебной дисциплины
Программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования специальности:...
Программа учебной дисциплины \"Химическая технология\" iconПрограмма учебной дисциплины
Программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования на специальность...
Программа учебной дисциплины \"Химическая технология\" iconПрограмма учебной дисциплины
Программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования на специальность...
Программа учебной дисциплины \"Химическая технология\" iconЛекция по учебной дисциплине «Химическая технология» Развитие новых поколений высокоэффективных химико-технологических процессов
Многие химические производства, в особенности крупнотоннажные, относятся к числу наиболее консерватив­ных в отношении существа химического...
Программа учебной дисциплины \"Химическая технология\" iconСпециальность 240100. 62 «Химическая технология и биотехнология» Дисциплина – «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» де основы строения и свойства материалов.
Задание Дефект, представляющий собой искажение кристаллической решетки вдоль края лишней полуплоскости, называется…
Программа учебной дисциплины \"Химическая технология\" iconПрограмма учебной дисциплины «Медико-биологические основы безопасности жизнедеятельности»
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Программа учебной дисциплины \"Химическая технология\" iconРабочая программа дисциплины «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования» для специальности
Авления углубленной подготовки учебной дисциплины «Организационное обеспечение технической эксплуатация электрического и электромеханического...
Программа учебной дисциплины \"Химическая технология\" iconРабочая программа по дисциплине «Химическая технология» на 6 семестр Рабочую программу осуществляют
Сырьевая и энергетическая база химических производств. Тенденции развития техносферы и возрастающее значение проблем ресурсо- и энергосбережения,...
Программа учебной дисциплины \"Химическая технология\" iconПрограмма курса "введение в антропологию" Авторы-составители: Д. В. Богатенков,С. В. Дробышевский
Представленный учебно-методический комплекс материалов предназначен в первую очередь для самостоятельного овладения учащимися всей...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Документы


При копировании материала укажите ссылку ©ignorik.ru 2015

контакты
Документы