Необратимые простые реакции в условиях идеального вытеснения.... <...> ЭКОНОМИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ....................................................................... 90
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ......................................................................................... 92
4
ВВЕДЕНИЕ
Основу настоящего учебного пособия составляет материал лекций по
курсу « Теория химико-технологических процессов органического синтеза» для студентов специальности «Химическая технология органических
веществ»
Предусмотренный программой курса материал базируется на знаниях и навыках полученных студентами при изучении таких дисциплин как
«Органическая химия», «Физическая химия», «Процессы и аппараты химической технологии», «Общая химическая технология». <...> Также представлены интегральный и дифференциальный методы обработки экспериментальных данных. <...> МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКА
Раздел химии о соотношениях реагентов в химических реакциях
называется стехиометрией. <...> Простые реакции – это необратимые реакции, в которых не образуются другие стабильные продукты, кроме записанных в уравнении реакции. <...> A
B
i
ni и ni,0 - это количество вещества в молях или киломолях в данный
момент реакции и в исходной смеси (начальный момент);
Fi и Fi,0 - это мольные потоки (расход вещества), аналогично в данный момент реакции и в исходной смеси;
n - это для периодических процессов
F - для непрерывных процессов;
Fi можно выразить через ni и :
n
F i
i
;
В уравнении (1-1) стехиометрические коэффициенты расходуемых веществ берутся со знаком «–», а для образующихся веществ со знаком «+». <...> Для сложных реакций определяется число
стехиометрически независимых реакций. <...> В сложных
реакциях выбор независимых реакций и ключевых веществ взаимосвязан и
определяется тем, чтобы в каждой независимой реакции участвовало хотя
бы одно ключевое вещество и в то же время выбранные ключевые вещества участвовали бы только в одной или некотором минимуме независимых <...>
teorija-khimiko-tekhnologicheskikh-protsessov.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
В. Г. Агаев, О. П. Дерюгина
ТЕОРИЯ ХИМИКОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ
ОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА
Учебное пособие
Тюмень
ТюмГНГУ
2012
Стр.1
УДК 66.091(075.8)
ББК 35.61я73
А23
Рецензенты:
доктор химических наук, профессор А. Н. Нестеров
доктор химических наук, профессор А. В. Гунцов
Агаев, В. Г.
А23
Теория химико-технологических процессов органического синтеза :
учебное пособие / В. Г. Агаев, О. П. Дерюгина. – Тюмень : ТюмГНГУ,
2012. – 96 с.
ISBN 978-5-9961-0553-3
Основу настоящего учебного пособия составляет материал лекций
по курсу «Теория химико-технологических процессов органического
синтеза».
Пособие предназначено для студентов направления: 240400.65
«Химическая технология органических веществ». При двухуровневой
системе обучения пособие рекомендуется для бакалавров по
направлению 240100.62 «Химическая технология» и для магистрантов
по направлению 240100.68 «Химическая технология».
УДК 66.091(075.8)
ББК 35.61я73
ISBN 978-5-9961-0553-3
© Федеральное государственное
бюджетное образовательное
учреждение высшего
профессионального образования
«Тюменский государственный
нефтегазовый университет», 2012
2
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................... 5
1. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ И ЕГО
ХАРАКТЕРИСТИКА ................................................................................................... 6
1.1. Простые реакции. ............................................................................................... 6
1.2. Сложные реакции. .............................................................................................. 7
2. БЕЗРАЗМЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА 8
3. КОНЦЕНТРАЦИЯ, ПАРЦИАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ И МОЛЬНЫЕ ДОЛИ 11
3.1. Реакции, идущие без изменения объема. ..................................................... 11
3.2. Реакции, идущие с изменением объема. ...................................................... 12
4. СКОРОСТЬ ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВ, СКОРОСТЬ РЕАКЦИИ
И КИНЕТИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ ........................................................................ 13
4.1. Периодические реакции. ................................................................................. 14
4.2. Непрерывные процессы. ................................................................................. 14
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ КИНЕТИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЙ И ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ
ИДЕАЛЬНЫХ РЕАКТОРОВ .................................................................................... 17
6. ИДЕАЛЬНЫЙ ПЕРИОДИЧЕСКИЙ РЕАКТОР (РПС)
И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ............................................... 18
7. РЕАКТОР ИДЕАЛЬНОГО ВЫТЕСНЕНИЯ (РИВ)
И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ............................................... 21
7.1. Гомогенные реакции. ....................................................................................... 22
7.2. Гетерогенно-каталитические реакции. ......................................................... 23
8. РЕАКТОР ПОЛНОГО ИДЕАЛЬНОГО СМЕШЕНИЯ (РПС)
И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ............................................... 25
9. ГИПОТЕЗА О СХЕМЕ ПРЕВРАЩЕНИЙ И СПОСОБЫ
ЕЁ ПОДТВЕРЖДЕНИЯ............................................................................................. 27
9.1. Способ изолирования отдельных реакций. .................................................. 27
9.2. Кинетический метод. ....................................................................................... 28
10. МЕХАНИЗМ И КИНЕТИКА ЭЛЕМЕНТАРНЫХ РЕАКЦИЙ .................... 31
11. МЕХАНИЗМ И КИНЕТИКА СЛОЖНЫХ РЕАКЦИЙ ................................. 36
12. ОСНОВЫ КИНЕТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ...................................... 43
3
Стр.3
13. ИНТЕГРАЛЬНЫЙ МЕТОД ОБРАБОТКИ ОПЫТОВ ПО УРАВНЕНИЯМ
С ОДНИМ НЕИЗВЕСТНЫМ ПАРАМЕТРОМ ..................................................... 47
13.1. Необратимые простые реакции в периодических условиях. .................. 48
13.2. Необратимые простые реакции в условиях идеального вытеснения. ... 51
13.3. Обратимые реакции в интегральных условиях. ........................................ 55
14. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ МЕТОД ОБРАБОТКИ ДЛЯ ПРОСТЫХ
И ОБРАТИМЫХ РЕАКЦИЙ .................................................................................... 59
15. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ
РЕАКЦИЙ .................................................................................................................... 62
15.1. Параллельные необратимые реакции одинакового порядка .................. 62
15.2. Метод конкурирующих реакций ................................................................. 64
16. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ ..................................................................... 66
17. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ......................................... 69
18. УДЕЛЬНАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ РЕАКТОРОВ
И ИХ СОЧЕТАНИЙ ................................................................................................... 71
18.1. Реакторы ИПР ................................................................................................. 73
18.2. Непрерывно-действующие реакторы ......................................................... 73
18.3. Реакторы идеального вытеснения ............................................................... 75
18.4. Реакторы полного смешения ........................................................................ 76
18.5. Секционированные реакторы и каскады реакторов ................................. 76
18.6. Сочетания реакторов ..................................................................................... 80
19. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ....................................................................... 83
19.1. Последовательные необратимые реакции: ................................................ 83
19.2. Последовательно-параллельные реакции .................................................. 85
20. ВЛИЯНИЕ ТИПА РЕАКТОРОВ И СПОСОБА ВВЕДЕНИЯ РЕАГЕНТОВ
НА СЕЛЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССА ..................................................................... 87
21. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ....................................................................... 90
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ......................................................................................... 92
4
Стр.4