Химическая технология. Общие вопросы химической технологии, оборудование, процессы

Учебное пособие соответствует федеральному государственному образовательному стандарту направления 18.03.01 «Химическая технология», профиль «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов», направления 18.04.01 «Химическая технология», профиль «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов». Представлена методика проектного технологического расчета аппаратов улавливания химических продуктов коксования: первичного охлаждения коксового газа и его очистки от аммиака сатураторным способом.

На основе анализа теоретических сведений по технологическим процессам и оборудованию деревоперерабатывающих производств рассмотрены современные технологии сепарации неоднородных смесей при переработке древесных материалов.

Рассмотрены методы отливки деталей аппаратов в земляные, оболочковые и металлические формы. Описаны приемы конструирования литой аппаратуры из различных материалов и выполнение отливок основных узлов. Предложена конструкция вихревой колонны концентрирования серной кислоты.

Рассмотрены научно-технические основы разработки вихревых аппаратов очистки отходящих газов для различных химических производств. Теоретически описаны закономерности течения однофазного потока в вихревых контактных устройствах (ВКУ). Получены графические зависимости изменения основных компонент скоростей газового потока: окружной, осевой и радиальной. основных компонент скоростей газового потока: окружной, осевой и радиальной. Экспериментально исследована структура газового потока вихревых устройств с различными контактными патрубками. Определены три основные зоны течения газового потока внутри контактных патрубков. Разработаны конструкции промышленных аппаратов улова паров азотной кислоты, оксидов азота и аммиака.

Рассмотрены некоторые задачи математического моделирования химико-технологических процессов: описание свойств веществ и условий фазового равновесия, моделирование процессов разделения и химических превращений в аппаратах. Разобраны математические методы, используемые при решении этих задач, а также их реализация в среде математического пакета Mathcad.

Приведены экспериментальные данные по кинетике и механизму окисления углеводородов различного строения. Рассмотрены пути совершенствования окислительных процессов и характеристики различных каталитических систем для мягкого и глубокого окисления алкилароматических углеводородов, механизм реакций окисления, кинетические закономерности отдельных реакций, а также пути управления селективностью процессов. Приведены примеры моделирования данных реакций.

Рассмотрены основные теоретические сведения в области измерения основных параметров химико-технологических процессов, включая методы проведения поверок средств измерений. Приведены описания экспериментальных установок, изложен порядок проведения лабораторных работ.

Учебное пособие является дополнением к курсу лекций по «Химической технологии» и основным руководством для выполнения лабораторного практикума по этой дисциплине. В пособии изложен необходимый теоретический материал по темам «Нефть и ее переработка», «Пиролиз древесины», «Косвенные способы измерения физических величин в технологии», «Анализ газовых смесей», «Керамическая технология». В конце каждого раздела приведен список контрольных вопросов для лучшего усвоения материала и полноценной подготовки к коллоквиумам по соответствующими темам.

Данные методические указания содержат расчетные методики и пояснения к курсовой работе, направленные на практическое применение знаний и навыков, полученных при изучении дисциплины «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов».

В пособии рассмотрены вопросы экологической безопасности химических производств и нефтегазодобывающего производства. Представлены виды негативного воздействия, приведены характеристики загрязнителей, описаны методы очистки отходящих газов, сточных вод и переработки твердых отходов.

В пособии изложены теория и методы расчета машин и аппаратов химических производств, приведены теоретические и экспериментальные материалы, необходимые для проектирования оборудования нефтехимической отрасли производства.

Рассмотрены задачи и методы моделирования и проектирования теплотехнических систем и оборудования теплоэнергетических установок; методы решения задач моделирования теплотехнического и электротехнического оборудования теплоэнергетических установок средствами различных программ, в том числе FLOWNEX, ANSYS и MATLAB. Приведены примеры решения проектных задач.

Рассмотрены основные принципы электронно-микроскопических и рентгено-спектральных методов анализа; подходы к исследованию морфологии, структуры и химического состава гетерогенных катализаторов и углеродных наноматериалов с применением электронно-микроскопических методов. Представлены примеры изучения различных каталитических систем с использованием данных методов, а также контрольные вопросы и тестовые задания для самостоятельной работы студентов.

Рассмотрены основные задачи современного химического производства, классификация химических реакций, понятия и составные части химико-технологических систем, основы применения закономерностей общей химической технологии в промышленном органическом и неорганическом синтезе. Приведены примеры решения задач и задачи для самостоятельного решения по курсу «Основы технологии производства».

Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований охлаждения оборотной воды в разработанной испарительной градирне с наклонно-гофрированными контактными элементами, работающей по гибридной схеме.

Изложены теоретические сведения о процессе электроосаждения металлов натиранием, его преимуществах и недостатках, необходимом оборудовании, способах предварительной подготовки поверхности, условиях и способах нанесения покрытия. Приведены рабочие характеристики электролитов, параметры технологического процесса, методы оценки качества покрытия, изложены алгоритмы необходимых расчетов.

Рассмотрены классификации химических реакторов, теоретические основы расчетов технологических процессов, основы расчетов теоретических и практических материальных балансов, безразмерных характеристик материального баланса химического процесса, основы технологических расчетов химических реакторов. В конце каждой главы предложены задачи для самостоятельной работы.

В этой книге затронуты вопросы взаимосвязи физико-химических явлений в окружающей среде с изменениями климата и экологической ситуации на Земле, что определяет междисциплинарность ее содержания. Показана важнейшая роль взаимодействий на межфазных границах минерал/вода в процессах формирования и выветривания горных пород, в миграции химических элементов и веществ. Многочисленные практические примеры реальных природных экосистем и регионов, а также предлагаемые задачи помогают лучше понять необходимость тщательного изучения физико-химического аспекта биогеохимических процессов на уровне наноразмерных структур, без чего невозможно создание глобальной сети экологического мониторинга.

Данные методические указания содержат методики лабораторных работ, направленные на практическое применение знаний и навыков, полученных при изучении дисциплины «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов».

В работе представлены сведения об источниках энергии, принципиальных энерготехнологических схемах производства энергии и осуществления технологических процессов, вторичных энергоресурсах, парниковом эффекте и его возможных отрицательных последствиях, оптимальном использовании первичных двигателей, мероприятиях по снижению энергопотребления в энергоемких отраслях промышленности, эксергетическому анализу энергетических и энерготехнологических установок и некоторым пассивным методам экономии энергии.

Рассмотрены сведения об оборудовании производств основного органического синтеза (ООС) и синтетического каучука (СК). Приведена информация об основах проектирования предприятий ООС и СК.

Производство активированного угля методом пирогенетического разложения – это сложный высокотемпературный процесс, проходящий в несколько этапов. Качество получаемого активированного угля в основном зависит от влажности исходного сырья и степени удаления примесей из твердого углеродистого остатка. Оперативная оценка этих параметров с учетом специфики производства сильно затруднена. Применение методов ЯМР-релаксометрии может существенно ускорить процесс измерения данных параметров в at-line, on-line и in situ условиях. Цель исследования – определение абсолютной влажности исходного сырья, промежуточных и готовых продуктов, а также контроль их степени пиролиза на различных этапах производства активированного угля по протонной плотности. В качестве объектов исследования выступали образцы лигниноцеллюлозной группы, от влажного сырья до готового продукта. Для измерения влажности образцов и их протонной плотности проводили эксперименты ЯМР с импульсной последовательностью Magic Sandwich Echo (MSE). Выявлена однозначная корреляция протонной плотности и степени пиролиза изучаемых материалов. Экспериментальные результаты могут быть применены для дальнейшего усовершенствования предложенных методик оценки указанных параметров. Установлено, что эксперимент MSE позволяет довольно точно определить влажность как исходного растительного сырья, так и продуктов карбонизации, включая активированный уголь. Представлены данные по динамике изменения протонной плотности образцов растительного сырья при термическом разложении. Обнаружена прямая корреляция изменения протонной плотности образов и их удельной плотности при термической переработке. Протонная плотность образцов исходного сырья имеет различные значения, в то время как протонная плотность образцов угля различается гораздо меньше. Данное наблюдение говорит о том, что из образцов удаляются химические вещества, в связи с чем плотность протонов падает. Результаты исследования позволят усовершенствовать системы промежуточного и окончательного контроля в процессе получения активированного угля методом термической переработки.

В учебном пособии приведены рекомендации по расчету и проектированию массообменного оборудования для абсорбционных, ректификационных и экстракционных процессов.

Рациональная переработка отходов лесохимического производства является одной из актуальных проблем современной технологии. талловый пек, побочный продукт целлюлозно-бумажного производства, нашел применение как потенциальный источник фитостеринов. Фитостерины, или растительные стеролы, – природные соединения, полициклические спирты, по строению близкие к стероидам. Благодаря своей биологической активности фитостерины используются в таких сферах, как фармацевтика, косметология, в качестве функциональных продуктов и др., что делает их коммерчески привлекательными. Рассмотрена стадия омыления таллового пека, в результате которой удается получить фитостерины в свободной форме из их сложных эфиров с жирными и смоляными кислотами. центральный композиционный план, дополненный шестью звездными точками, был выбран для определения совокупного влияния трех факторов и для планирования минимального количества опытов, а методология поверхности отклика использована для нахождения оптимальных значений переменных. На основании экспериментальных данных разработаны регрессионные модели, отражающие влияние основных технологических факторов (избыток щелочи, температура и время омыления) на степень омыления фитостеринов в омыленном талловом пеке и сложных эфиров в получаемом экстракте. проведен статистический анализ этих моделей. при помощи дисперсионного анализа доказана их адекватность. экспериментальные и предсказанные значения находились в тесном согласии. Разработанные математические модели в виде регрессионного полинома посредством программного обеспечения Minitab позволяют найти оптимальные значения входных переменных процесса при одновременном достижении максимальной степени омыления фитостеринов (98,1 %) с минимальным значением эфирного числа в экстракте (4 мг KOH/г): температура омыления – 121,7 °с, продолжительность процесса – 3,18 ч и избыток щелочи – 100 %. таким образом, были получены надежные модели для прогнозирования степени омыления фитостеринов и эфирного числа в экстракте, которые могут быть использованы в промышленном процессе омыления таллового пека. Для цитирования: Коршунов А.О., Лаврентьева Е.А., Лазарев М.А., Радбиль А.Б. Оптимизация процесса омыления таллового пека методом планирования эксперимента // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. № 1. С 173–187. DOI: 10.37482/0536-1036-2022-1-173-187.

Изложены теоретические положения и основные формулы для расчета последствий аварий, характерных для объектов химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности. С целью закрепления теоретического материала приведены примеры решения задач, а также задания для самостоятельного выполнения.

Рассмотрены вопросы исследования работоспособности действующих химико-технологических систем в изменяющихся условиях функционирования. Приведены известные и предложены новые постановки задач исследования работоспособности систем, показаны сложности их решения. Предложены методы и алгоритмы решения поставленных задач. Эффективность методов иллюстрируется результатами вычислительных экспериментов.

Рассмотрены зоны влияния выбросов объектов химической промышленности на окружающую среду. Представлены мероприятия по защите воздушного бассейна и природных вод, повышающие экологичность деятельности химических предприятий.

Изложены основные аспекты процедуры аккредитации как в Российской Федерации, так и за рубежом. Даны комментарии к основополагающим законодательным актам в области аккредитации, рассмотрены методы управления качеством применительно к процессам испытательной лаборатории.

Рассмотрены организационно-экономические процессы в экономике, особенности их функционирования и развития, выделены основные преимущества и проблемы развития интеграционных структур, на примере РТ подробно рассмотрены ключевые интеграционные процессы.

Рассмотрены теоретические основы гидромеханических, теплообменных и массообменных процессов, приведены расчетные формулы, описание лабораторных установок, методики проведения экспериментов и обработки полученных результатов.

В учебном пособии рассмотрены: физическая сущность процессов экстрагирования вообще и электроразрядного экстрагирования, в частности, технологические аспекты экстрагирования биологически активных компонентов из растительного сырья, качество получаемых экстрактов, принципиальное технологическое оформление процессов экстрагирования веществ из твердой фазы, кинетические закономерности процесса экстрагирования, массообмен во внешней и внутренней (твердой) фазах, кинетический расчет аппаратов, целью которого является определение габаритов аппарата, обеспечивающих заданную производительность, интенсификация процесса и аппаратура для его проведения. Основное внимание в книге уделено, в соответствии с ее названием, ускорению массообмена в процессе экстрагирования за счет создания в системе «жидкость-твердое» электрических разрядов, вызывающих, как показывают экспериментальные исследования, не только интенсификацию внешнего, но и внутреннего массообмена — за счет проникновения турбулентных пульсаций внутрь тела, разрушения мембранных оболочек клеток сырья растительного и животного происхождения, а в ряде случаев и за счет измельчения частиц твердой фазы.

Содержит основные теоретические выкладки по методам оптимального планирования эксперимента, представлены и подробно рассмотрены все этапы построения планов оптимального эксперимента и их анализа. Показаны способы реализации этих задач в среде MS Excel. Даны основы применения методов симплексного планирования экспериментов и проведения исследований в планах состав–свойства.

Рассмотрены теоретические основы расчета оболочек вращения, круглых пластин, быстровращающихся дисков и оболочек, виброустойчивости валов, описание лабораторных и лабораторно-экспериментальных установок, методики проведения экспериментов и обработки полученных результатов.

Представлен способ ликвидации аварийного разлива нефти с поверхности воды модифицированным листовым опадом.

Предназначено для приобретения студентами навыков расчета мембранных и адсорбционных процессов и аппаратов разделения и очистки газовых смесей. Пособие включает краткое изложение теоретических основ мембранных и адсорбционных технологий и примеры расчета соответствующих процессов и аппаратов.

Приведены примеры расчета термодинамической эффективности циклов работы трех установок сжижения природного газа. Показана общая последовательность определения дополнительных затрат работы для компенсации производства энтропии в различных элементах рассмотренных технологий ожижения природного газа.

Пособие предназначено для самостоятельной проработки студентами дисциплины «Ожижители природного газа». Приведено описание термодинамических основ энтропийно-статистического анализа. Рассмотрены необходимые исходные данные и среднестатистические величины, используемые в расчете установок. Показана общая последовательность определения дополнительных затрат работы для компенсации производства энтропии в различных элементах установки сжижения природного газа, в том числе в цикле с предварительным охлаждением парокомпрессионной холодильной машины. Даны вопросы и задания для самоконтроля.

В пособии приведены общие сведения о профессии слесаря по КИПиА, рассмотрены основные положения охраны труда и промышленной безопасности на нефтехимических предприятиях, а также основы технических измерений.

В учебном пособии приведены основы проектирования установок для проведения гидромеханических и теплообменных процессов в нефтепереработке и нефтехимии. Даны принципы расчета и выбора основного и вспомогательного оборудования.

Представлены общие сведения о предприятиях нефтеперерабатывающей отрасли, изложены основные направления переработки нефти, приведены технологические схемы важнейших процессов нефтепереработки. Рассмотрены основные требования, предъявляемые к качеству продукции нефтеперерабатывающих предприятий.

Учебное пособие разработано в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом высшего образования. Изложены современные методы получения и исследования наноматериалов и наносистем. Представлены основные направления применения наноструктур и наносистем.

Издание содержит теоретические основы и практический материал для проведения расчетов отдельных элементов нефтехимического оборудования в программе Matlab в соответствии со стандартом высшего образования по направлению подготовки 18.03.01 «Химическая технология». Пособие предназначено для подготовки выпускной квалификационной работы студентов очной и заочной форм обучения.

Представлены тексты для освоения немецкой терминологии нефтехимической отрасли, грамматический материал для обучения чтению и говорению, переводу, реферированию, а также дополнительные упражнения для самостоятельной работы.

В пособии рассмотрены особенности организации отдельных видов аварийно-спасательных и других неотложных работ, а также технологии и способы их ведения.

Рассмотрены вопросы, касающиеся технологии производства ремонтных работ по восстановлению работоспособности насосного и компрессорного оборудования, колонной и реакционной аппаратуры, приведены виды систем диагностики, используемых для контроля исправного состояния оборудования.

Рассмотрены задачи исследования и проектирования тепломассообменного оборудования предприятий и производств, пути, способы и методы повышения его эффективности; классификации конструкций и топологий тепломассообменных объектов; модели утилизационных теплообменников, теплообменные системы для охлаждения и осушки газа с утилизацией теплоты сжатия; теплообменное оборудование и теплотехнические системы компрессорных станций и хранилищ сжиженного газа. Приведены примеры расчетов, оптимизационных задач, схемные, конструктивно-компоновочные и режимные решения.

В учебном пособии изложены теория и методы расчёта машин и аппаратов химических производств, приведены теоретические и экспериментальные материалы, необходимые для их проектирования. Рассмотрены примеры проектного расчета простой ректификационной колонны для разделения бинарной смеси и отпарной колонны, а также проектного расчета центробежного насоса с двусторонним всасыванием.

Учебное пособие состоит из двух частей. В первой части представлена классификация основного оборудования для нефтехимического производства. Изложены основные требования к выбору оборудования, материала для изготовления конструкционных элементов. Приведены описание, принцип работы и основы расчета оборудования для процессов нефтепереработки, а также особенности его эксплуатации.

Изложены теплофизические основы холодильной обработки пищевых продуктов, методы расчета тепловых процессов, даны расчетные соотношения. При этом в математических решениях отдано предпочтение простым средствам, которые могут быть использованы для расчетов с необходимой точностью. Процессы холодильной технологии рассмотрены в совокупности со свойствами пищевых продуктов и технологическими условиями. Рассмотрены примеры решения задач. Даны контрольные задачи для самостоятельной работы.

Рассматривается новое поколение структурированных каталитических систем на основе стекловолокнистых катализаторов, отличающихся необычной геометрической структурой и высокой механической гибкостью, что открывает путь к разработке принципиально новых конструкций каталитических реакторов на их основе. Обсуждаются вопросы синтеза стекловолокнистых катализаторов, конструкций каталитических картриджей на их основе, описаны исследования их гидравлических и массообменных свойств. Приводятся примеры эффективного практического применения таких катализаторов и процессов на их основе для целей очистки отходящих газов от токсичных органических примесей и диоксида серы, кондиционирования дымовых газов ТЭЦ для снижения золопылевых выбросов, экологически чистого производства электрической и тепловой энергии.