ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Учебное пособие

Санкт-Петербург

УДК 66.01.011

ББК 35.514

Утверждено редакционно-издательским советом СПбГИЭУ в качестве учебного пособия по спец. 080502(5)

Рецензенты:

Кафедра физической химии СПбГТИ (ТУ)

Профессор кафедры неорганической химии РГПУ им. А.И.Герцена, доктор хим. наук А. М. Тимонов

В учебном пособии изложены современные представления о химико-технологических системах (ХТС), их структурах, анализе, синтезе и оптимизации. Рассмотрены методы расчета технологических показателей качества и выбора критериев оптимизации ХТС.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 080502(5) – Экономика и управление на предприятии химической промышленности.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
1. 1. Термины и определения
1. 2. Технологические критерии эффективности химико-технологических систем
1. 2. 1. Степень превращения
1. 2. 2. Выход продукта
1. 2. 3. Расходные коэффициенты сырья
1. 2. 4. Производительность и интенсивность
1. 2. 5. Избирательность
1. 3. Структуры химико-технологических систем
1. 3. 1. Последовательная технологическая связь
1. 3. 2. Параллельная технологическая связь
1. 3. 3. Последовательно-обводная технологическая связь
1. 3. 4. Обратная (рециркуляционная) технологическая связь
1. 3. 5. Перекрестная технологическая связь
1. 4. Системный декомпозиционный анализ химико-технологических систем
1. 4. 1. Молекулярно-кинетический уровень
1. 4. 2. Макрокинетический уровень
1. 4. 3. Аппаратный уровень
1. 4. 4. Уровень химико-технологической системы

 

1. 4. 4. 1. Синтез химико-технологической системы
1. 4. 4. 2. Анализ химико-технологической системы
1.4. 4. 3. Оптимизация химико-технологической системы
2. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
2. 1. Основные понятия и определения
2. 2. 1. Работа расширения идеального газа
2. 2. 2. Теплота процесса в различных условиях
2. 2. 3. Закон Гесса. Расчет тепловых эффектов химических реакций с использованием стандартных теплот образования и сгорания
2. 2. 4. Зависимость тепловых эффектов реакций от температуры. Закон Кирхгофа.
2. 3. Второе начало термодинамики
2. 3. 1. Термодинамически обратимые и необратимые процессы
2. 3. 2. Математическое выражение второго начала термодинамики. Энтропия
2. 3. 2. 1. Энтропия и термодинамическая вероятность
2. 3. 2. 2. Изменение энтропии как критерий направления процессов
2. 3. 2. 3. Изменение энтропии при нагревании
2. 3. 2. 4. Изменение энтропии при фазовых превращениях
2. 3. 2. 5. Расчет абсолютной энтропии вещества
2. 3. 2. 6. Изменение энтропии при химических превращениях
2. 3. 3. Применение второго начала термодинамики к химическим процессам
2. 3. 3. 1. Термодинамические потенциалы

 

2. 3. 3. 2. Уравнение Гиббса-Гельмгольца
2. 3. 3. 3. Критерии направления процессов в закрытой системе
2. 3. 4. Химический потенциал идеального и реального газа. Термодинамическая активность
2. 3. 5. Уравнение изотермы химической реакции
3. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
3. 1. Константы равновесия
3. 2. Расчет равновесного состава и равновесного выхода продуктов химической реакции
3. 3. Влияние температуры и давления на равновесный выход продуктов реакции. Принцип Ле Шателье
3. 3. 1. Зависимость константы равновесия от температуры. Уравнение изобары химической реакции
3. 3. 2. Влияние давления на равновесный выход продуктов химической реакции
4. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ
4. 1. Основные понятия и определения
4. 2. Условия равновесного сосуществования фаз
4. 3. Правило фаз Гиббса
4. 4. Однокомпонентные системы
4. 4. 1. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса
4. 4. 1. 1. Применение уравнения Клапейрона-Клаузиуса к процессу плавления
4. 4. 1. 2. Применение уравнения Клапейрона-Клаузиуса к процессам испарения и возгонки
4. 4. 2. Диаграмма состояния однокомпонентной системы
4. 5. Метод физико-химического анализа. Диаграммы состав – свойство
4. 6. Двухкомпонентные системы
4. 6. 1. Бинарные системы взаимно растворимых жидкостей
4. 6. 1. 1. Общая характеристика растворов
4. 6. 1. 2. Диаграмма состояния температура – состав для идеального жидкого раствор
4. 6. 1. 3. Правило рычага
4. 6. 1. 4. Диаграммы температура кипения – состав для неидеальных растворов
4. 6. 1. 5. Разделение бинарных растворов
4. 6. 2. Системы взаимно нерастворимых жидкостей
4. 6. 2. 1. Диаграмма температура кипения – состав для двух несмешивающихся жидкостей
4. 6. 2. 2. Перегонка с водяным паром
4. 7. Трехкомпонентные системы
4. 7. 1. Закон распределения
4. 7. 2. Экстрагирование
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРЕДИСЛОВИЕ

Изучение химико-технологических систем играет важную роль в системе подготовки экономистов-менеджеров для химической промышленности. Дисциплина «Химико-технологические системы» служит связующим звеном между изучением теоретических основ прогрессивных технологий и основ физической химии с одной стороны и инженерными и технологическими дисциплинами, такими как «Процессы и аппараты, их конструирование для химических производств» и «Технология химических производств», с другой. Целью дисциплины, во-первых, является изучение системы аппаратов с различным функциональным назначением, взаимосвязанных материальными и энергетическими потоками и действующих как единое целое при выпуске товарной продукции заданного качества. Во-вторых, изучение сущности физико-химических превращений, осуществляемых в условиях химического производства.

На основе фундаментальных законов в учебном пособии рассматриваются следующие основополагающие вопросы: структура химико-технологических систем; технологические показатели качества химико-технологических систем; энергетические эффекты химических процессов; расчет химических равновесий и учет влияния внешних факторов на смещение равновесий; фазовые превращения в одно- и многокомпонентных системах; расчет фазовых равновесий; общие подходы к синтезу, анализу и оптимизации химико-технологических процессов.

От опубликованных немногочисленных учебных пособий и монографий, посвященных химико-технологическим системам и предназначенных для специалистов в области химической технологии и математического моделирования технологических процессов, данное учебное пособие отличается доступностью изложения общих подходов к анализу и оптимизации ХТС. Задачей учебного пособия является выработка у студентов экономических специальностей умения анализировать влияние физико-химических и технологических параметров управления процессами в химико-технологической системе на экономические параметры функционирования предприятия.