Скачать презентацию Основы химической технологии и химические производства 1 1 Скачать презентацию Основы химической технологии и химические производства 1 1

Введение ОХТ 2009.ppt

  • Количество слайдов: 35

Основы химической технологии и химические производства 1. 1. 1 Химико. Технологический процесс. 1 Российский Основы химической технологии и химические производства 1. 1. 1 Химико. Технологический процесс. 1 Российский Химико-Технологический Университет им. Д. И. Менделеева г. Москва Downloads: www. muctr. edu. ru edu. chemcomp. ru Mail: chemcom@muctr. edu. ru

Объектом исследования химической технологии является химическое производство. Химическое производство - совокупность процессов, операций, осуществляемых Объектом исследования химической технологии является химическое производство. Химическое производство - совокупность процессов, операций, осуществляемых в машинах и аппаратах и предназначенных для переработки сырья с использованием химических превращений в полезные и нужные продукты. Российский Химико-Технологический Университет им. Д. И. Менделеева г. Москва Downloads: edu. chemcomp. ru Mail: chemcom@muctr. edu. ru

Собственно совокупность операций и процессов переработки сырья в продукты называют технологическим процессом. Химико-технологический процесс Собственно совокупность операций и процессов переработки сырья в продукты называют технологическим процессом. Химико-технологический процесс - последовательность процессов целенаправленной переработки исходных веществ в продукт - химических и физико-химических процессов и их сочетаний. Российский Химико-Технологический Университет им. Д. И. Менделеева г. Москва Downloads: edu. chemcomp. ru Mail: chemcom@muctr. edu. ru

Сформулируем общие требования к химическому производству: - получение в производстве необходимого продукта; - экологическая Сформулируем общие требования к химическому производству: - получение в производстве необходимого продукта; - экологическая безопасность; - безопасность и надежность эксплуатации; - максимальное использование сырья и энергии; - максимальная производительность труда. Российский Химико-Технологический Университет им. Д. И. Менделеева г. Москва Downloads: edu. chemcomp. ru Mail: chemcom@muctr. edu. ru

Основное назначение химического производство - получение продукта, при этом химическое производство является многофункциональным, обеспечивающее Основное назначение химического производство - получение продукта, при этом химическое производство является многофункциональным, обеспечивающее выполнение указанных выше требований к нему. Общая структура химического производства включает в себя функциональные части, представленные на рис. 2. 1. Российский Химико-Технологический Университет им. Д. И. Менделеева г. Москва Downloads: edu. chemcomp. ru Mail: chemcom@muctr. edu. ru

2. 1 Сырьё Материалы 1 5 Энергия 2 6 Вода Продукт основной 3 7 2. 1 Сырьё Материалы 1 5 Энергия 2 6 Вода Продукт основной 3 7 Управление 4 Отходы основного производства Отходы Структура и функциональные элементы химического производства: 1 - подготовка сырья; 2 - переработка сырья, 3 - выделение основного продукта, 4 - санитарная очистка и утилизация отходов, 5 - энергетическая система, 6 - подготовка вспомогательных материалов и водоподготовка, 7 - система управления Российский Химико-Технологический Университет им. Д. И. Менделеева г. Москва Downloads: edu. chemcomp. ru Mail: chemcom@muctr. edu. ru

Поз. 1 -3 на рис. 2. 1 - собственно химическое производство, в котором сырье Поз. 1 -3 на рис. 2. 1 - собственно химическое производство, в котором сырье перерабатывается в продукт. Подготовка сырья (поз. 1 на рис. 2. 1) включает его предварительную обработку - измельчение, очистку от примесей, смешивание компонентов, нагревание и т. д. Процессы подготовки сырья зависят от вида сырья и условий превращения. Подготовленное сырье проходит ряд превращений –его переработку (поз. 2 на рис. 2. 1), в результате чего образуется основной продукт производства. Поскольку исходное природное сырье, как правило, содержит примеси, превращение может быть неполным и могут образовываться другие вещества, поэтому приходится выделять основной продукт из образовавшейся смеси, очищать его от примесей (поз. 3 на рис. 2. 1). Российский Химико-Технологический Университет им. Д. И. Менделеева г. Москва Downloads: edu. chemcomp. ru Mail: chemcom@muctr. edu. ru

Отходы производства или невостребованные продукты переработки сырья могут содержать как вредные вещества, которые опасно Отходы производства или невостребованные продукты переработки сырья могут содержать как вредные вещества, которые опасно выбрасывать в окружающую среду, так и полезные, которые нецелесообразно выбрасывать. Поэтому существенным элементом химического производства является санитарная очистка и утилизация отходов производства (поз. 4 на рис. 2. 1). Энергетическая система - важный и сложный элемент химического производства (поз. 5 на рис. 2. 1). Энергия не столько потребляется непосредственно для получения продукта, сколько обеспечивает условия его производства. Российский Химико-Технологический Университет им. Д. И. Менделеева г. Москва Downloads: edu. chemcomp. ru Mail: chemcom@muctr. edu. ru

Особое место занимает вода - она используется для охлаждения технологических потоков, выработки пара, растворения Особое место занимает вода - она используется для охлаждения технологических потоков, выработки пара, растворения и разбавления веществ. Подготовка вспомогательных материалов и особенно водоподготовка (поз. 6 на рис. 2. 1) - также очень важная и сложная часть химического производства. Сложное химическое производство невозможно эксплуатировать без системы управления (поз. 7 на рис. 2. 1). Она обеспечивает контроль состояния производства, проведение процессов при наилучших условиях, защиту от нежелательных (аварийных) ситуаций, пуск и остановку сложной системы. Этот элемент представляет собой автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУТП). Российский Химико-Технологический Университет им. Д. И. Менделеева г. Москва Downloads: edu. chemcomp. ru Mail: chemcom@muctr. edu. ru

Компоненты химического производства сырье, поступающее на переработку; источники и виды сырья вспомогательные материалы, обеспечивающие Компоненты химического производства сырье, поступающее на переработку; источники и виды сырья вспомогательные материалы, обеспечивающие технологический процесс; продукты - основной и дополнительный - как результат переработки сырья; продукты производства могут далее использоваться как продукт потребления, после чего он теряет первоначальные свойства и превращается в отходы, и как полупродукт для дальнейшей его переработки в другие продукты отходы производства – не подлежащие дальнейшей переработке вещества и материалы и удаляемые в окружающую среду; некоторые проблемы отходов химических производств рассмотрены в разделе 2. 8; - энергия, обеспечивающая функционирование производства; виды и источники энергии. Российский Химико-Технологический Университет им. Д. И. Менделеева г. Москва Downloads: edu. chemcomp. ru Mail: chemcom@muctr. edu. ru

Постоянные компоненты закладываются в производство (оборудование, конструкции) или участвуют в нем (персонал) на весь Постоянные компоненты закладываются в производство (оборудование, конструкции) или участвуют в нем (персонал) на весь или почти весь срок его существования: - аппаратура (машины, аппараты, емкости, трубопроводы, арматура); - устройства контроля и управления; - строительные конструкции (здания, сооружения); -обслуживающий персонал (рабочие, аппаратчики, инженеры и другие работники производства). Российский Химико-Технологический Университет им. Д. И. Менделеева г. Москва Downloads: edu. chemcomp. ru Mail: chemcom@muctr. edu. ru

состав химического производства, обеспечивающий его функционирование как производственной единицы: собственно химическое производство; - хранилища состав химического производства, обеспечивающий его функционирование как производственной единицы: собственно химическое производство; - хранилища сырья, продуктов и других материалов; - транспортировка сырья, продуктов, промежуточных веществ, отходов; - дополнительные здания, сооружения; - обслуживающий персонал производственного подразделения; - система управления, обеспечения и безопасности. - Российский Химико-Технологический Университет им. Д. И. Менделеева г. Москва Downloads: edu. chemcomp. ru Mail: chemcom@muctr. edu. ru

Способы организации процессов: Периодический процесс. Все компоненты одновременно загружают в него. Реакция протекает при Способы организации процессов: Периодический процесс. Все компоненты одновременно загружают в него. Реакция протекает при интенсивном перемешивании, так что можно считать концентрации и температуру в каждый момент времени одинаковыми по всему объему. Поэтому элементарным будет весь объем vp реакционной зоны (далее реактора). Возможен теплообмен с теплоносителем, имеющим температуру ТX. Поверхность теплообмена - FT и коэффициент теплообмена - КT. Российский Химико-Технологический Университет им. Д. И. Менделеева г. Москва Downloads: edu. chemcomp. ru Mail: chemcom@muctr. edu. ru

12. 3. 6. 1 Описание химико-технологического процесса. Химико-технологического процесс – это сложная система, состоящая 12. 3. 6. 1 Описание химико-технологического процесса. Химико-технологического процесс – это сложная система, состоящая из единично связанных между собой элементов (процессов) и взаимодействующих с окрашенной средой. Элементами химико-технологического системы являются процессы химические, гидромеханические, тепло- и массообмена и т. д. , их рассмотрим как отдельный процессы химической технологии. Российский Химико-Технологический Университет им. Д. И. Менделеева г. Москва Downloads: edu. chemcomp. ru Mail: chemcom@muctr. edu. ru

12. 3. 6. 1 Классификация основных процессов химической технологии 12. 3. 6. 1 Классификация основных процессов химической технологии

Периодические и непрерывные процессы 12. 3. 6. 1 В периодическом процессе отдельные стадии, операции Периодические и непрерывные процессы 12. 3. 6. 1 В периодическом процессе отдельные стадии, операции осуществляются в одном аппарате, но в разное время. д Реактор с мешалкой е в а 1 2 3 б г а – исходный материал б – готовый продукт в – пар г – конденсат д - охлажденная вода е – нагретая вода 1 - реактор 2 - рубашка 3 - мешалка

Периодические и непрерывные процессы 12. 3. 6. 1 В непрерывном процессы происходят одновременно, но Периодические и непрерывные процессы 12. 3. 6. 1 В непрерывном процессы происходят одновременно, но в разных аппаратах (машинах). Реактор с мешалкой б 3 г 2 4 1 в д а е 1 2 3 4 - реактор - нагреватель – мешалка – холодильник а – исходный материал б – готовый продукт в – пар г – конденсат д - охлажденная вода е – нагретая вода

Периодические и непрерывные процессы Продолжительность процесса 12. 3. 6. 1 Для периодической Для непрерывной Периодические и непрерывные процессы Продолжительность процесса 12. 3. 6. 1 Для периодической Для непрерывной Условное время пребывания Vp – объем расходной зоны Vo – объемный расход - период процесса -время от загрузки исх. мат-ла до выгрузки конеч. продукта

Функциональные подсистемы: Технологическая подсистема Энергетическая подсистема Подсистема управления 12. 3. 6. 1 Функциональные подсистемы: Технологическая подсистема Энергетическая подсистема Подсистема управления 12. 3. 6. 1

12. 3. 6. 1 Масштабные подсистемы выполняют определенные функции в последовательности процессов переработки сырья 12. 3. 6. 1 Масштабные подсистемы выполняют определенные функции в последовательности процессов переработки сырья в продукты как отдельные части химико-технологического процесса. иерархическая структура ХТС

12. 3. 6. 1 Классификация связей (потоков): Материальные потоки Энергетические потоки Информационные потоки 12. 3. 6. 1 Классификация связей (потоков): Материальные потоки Энергетические потоки Информационные потоки

Структура связей : 1. Последовательная связь 2. Разветвленная связь 3. Параллельная связь 4. Простая Структура связей : 1. Последовательная связь 2. Разветвленная связь 3. Параллельная связь 4. Простая Обводная связь(байпас) 5. Сложная Обводная связь(байпас) 6. Полный рецикл 7. Фракционный рецикл 8. Фракционный рецикл 9. Сложный рецикл 12. 3. 6. 1

12. 3. 6. 1 Химико-технологического процессы. Описательные модели: химическая операционная математическая Графические модели: функциональная 12. 3. 6. 1 Химико-технологического процессы. Описательные модели: химическая операционная математическая Графические модели: функциональная технологическая структурная специальные

12. 3. 6. 1 Химическая схема. Химическая модель (схема) представлена основными реакциями (химическими уравнениями), 12. 3. 6. 1 Химическая схема. Химическая модель (схема) представлена основными реакциями (химическими уравнениями), которые осуществляют переработку сырья в продукт. Синтез аммиака из водорода и азота представлен одним химическим уравнением 3 H 2 + N 2 = 2 NH 3 Производство аммиака из природного газа (метана) требует провести несколько химических реакций: СН 4 + Н 2 О = СО + 3 Н 2 конверсия метана с водяным паром, СО + Н 2 О = СО 2 + Н 2 конверсия оксида углерода, 3 H 2 + N 2 = 2 NH 3 синтез аммиака. Получение серной кислоты из серы протекает через следующие превращения: S 2 + 2 О 2 = 2 SО 2 сжигание серы, 2 SО 2 + О 2 = 2 SО 3 окисление диоксида серы, SО 3 + Н 2 О = Н 2 SО 4 хемосорбция триоксида серы.

12. 3. 6. 1 Химическая схема. Na. Cl + NH 3 + СО 2 12. 3. 6. 1 Химическая схема. Na. Cl + NH 3 + СО 2 + Н 2 О = Na. HСО 3 + NH 4 C l 2 Na. HСО 3 = Na 2 CO 3 + СО 2 + Н 2 О 2 NH 4 Cl + Са(ОH)2 = Са. Cl 2 + 2 NH 3 + 2 Н 2 О Са. O + Н 2 О = Са(ОH) Са. СО 3 = Са. O + СО 2

12. 3. 6. 1 Операционная схема. Операционная модель представляет основные стадии (операции) переработки сырья 12. 3. 6. 1 Операционная схема. Операционная модель представляет основные стадии (операции) переработки сырья в продукт, в том числе обеспечивающие протекание основных превращений. Производство аммиака будет описано следующей операционной моделью. 1) Сероочистка природного газа: Н 2 S + Zn. O = Zn. S +Н 2 O 2) Конверсия природного газа (воздушным паром): СН 4 + Н 2 O = СО + 3 Н 2 CH 4 +3 O 2 = 2 CO+4 H 2 O 3) Конверсия оксида углерода с водяным паром: СО + Н 2 O = СО 2 + Н 2 4) Абсорбция диоксида углерода - удаление СО 2 : СО 2 + 2 RNH 2 + Н 2 О = (RNH 3)2 СО 3 5) Очистка газа от оксида углерода СО: СО + 3 Н 2 = СН 4 + Н 2 О 6) Синтез аммиака: 3 Н 2 + N 2 = 2 NH 3

12. 3. 6. 1 Графические схемы § Функциональная § Технологические § Операторная 12. 3. 6. 1 Графические схемы § Функциональная § Технологические § Операторная

12. 3. 6. 1 Функциональная схема строится на основе химической и операционной и наглядно 12. 3. 6. 1 Функциональная схема строится на основе химической и операционной и наглядно отражает основные стадии химикотехнологического процесса и их взаимосвязи. Синтез Аммиака Подсистема 7: Синтез аммиака включает три стадии и представлен такой операционной моделью: А. Синтез аммиака 3 Н 2 + N 2 = 2 NH 3, Б. Выделение аммиака, В. Возврат (рецикл) не прореагировавших водорода и

12. 3. 6. 1 Функциональная схема Производство Соды 12. 3. 6. 1 Функциональная схема Производство Соды

12. 3. 6. 1 Технологическая схема показывает элементы системы, порядок их соединения и последовательность 12. 3. 6. 1 Технологическая схема показывает элементы системы, порядок их соединения и последовательность технологических операций. В технологической схеме каждый элемент (агрегат, аппарат, машина) имеет общепринятое изображение, соответствующее его внешнему виду. Связи изображены обычно линиями со стрелками или даже в виде трубопроводов. Синтез Аммиака 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Колонка синтеза NH 3 Водяной холодильник Теплообменник Воздушный холодильник Сепаратор Сборник NH 3 Циркуляционный компрессор Конденсационная колонка Испаритель NH 3

12. 3. 6. 1 Структурная схема в отличие от технологической включает элементы ХТС в 12. 3. 6. 1 Структурная схема в отличие от технологической включает элементы ХТС в виде простых геометрических фигур (прямоугольников, кругов). Изображение аппаратов обезличено, но значительно упрощается общий вид структуры ХТС. Синтез Аммиака

12. 3. 6. 1 Специальные схемы применяют при анализе и расчетах ХТС, используя специальные 12. 3. 6. 1 Специальные схемы применяют при анализе и расчетах ХТС, используя специальные математический аппарат и вычислительные методы. Поскольку они здесь не используются, не будем их перечислять. Упомянем только об одной их них - операторной схеме. а) Химическое превращение б) Массообмен в) Смешение потоков г) Разделение потоков д) Теплообмен е) Растяжение/сжатие ж) Изменение агрегатного состояния

12. 3. 6. 1 Специальные схемы Синтез Аммиака 12. 3. 6. 1 Специальные схемы Синтез Аммиака

12. 3. 6. 1 Математическая схема (описание). Приведенные выше модели (описания, схемы) дают общее 12. 3. 6. 1 Математическая схема (описание). Приведенные выше модели (описания, схемы) дают общее представление о ХТС. Для количественных выводов о функционировании ее необходимо иметь ее математическую модель. Как уже было определено, система - "совокупность элементов и связей. . . ", и ее модель будет представлена двумя системами уравнений - для элементов и связей. YK – вектор параметров входящего патока к-го элемента ХK- вектор параметров выходящих потоков к-го элемента UK – параметры управления. Связь между входящими и выходящими потоками где l-k = 1 для потока, выходящего из L-го элемента и входящего в К-й элемент; l-k = 0, если между L-м и К-м элементами нет связи.

Состояние химикотехнологической системы. 2 типа параметров определения: • Потоки • Состояния самих элементов Параметры Состояние химикотехнологической системы. 2 типа параметров определения: • Потоки • Состояния самих элементов Параметры состояние: Расход Фазовый состав t Теплосодержание 12. 3. 6. 1 Параметры потоков: Химические Физико-химические Физические данные о потоке К параметрам свойств: Теплоемкость Плотность Вязкость Показатели потока: • Регулирующие воздействие хладагента • Изменяющиеся в результате эксплуатации характеристики препарата.