Сетевая библиотекаСетевая библиотека

курсовая работа по химии

Дата публикации: 08.02.2019
Тип: Текстовые документы DOC
Размер: 178 Кбайт
Идентификатор документа: -35982457_490045228
Файлы этого типа можно открыть с помощью программы:
Microsoft Word из пакета Microsoft Office
Для скачивания файла Вам необходимо подтвердить, что Вы не робот

Предпросмотр документа

Не то что нужно?


Вернуться к поиску
Содержание документа
Содержание

HYPER13 HYPERLINK \l "_Toc499212837" HYPER141. Технологические наименования и определения компонентов реагирующей системыHYPER13 PAGEREF _Toc499212837 \h HYPER142HYPER15
2. Классификация химических реакторовHYPER13 PAGEREF _Toc499212838 \h HYPER149HYPER15
3. Обоснование выбора сырья для химического производстваHYPER13 PAGEREF _Toc499212839 \h HYPER1415HYPER15
4. Охрана водного бассейнаHYPER13 PAGEREF _Toc499212840 \h HYPER1416HYPER15
5. Состав нефти и первичные способы ее переработкиHYPER13 PAGEREF _Toc499212841 \h HYPER1417HYPER15
6. Смесь состоит из двух компонентов: G1 = 500 кг, G2 = 1500 кг. Определить массовую долю каждого компонента в смесиHYPER13 PAGEREF _Toc499212842 \h HYPER1420HYPER15
7. Рассчитать расходные коэффициенты по этилену и воде на 1 т этанола, если селективность по этилену составляет 87%, по воде – 95%. Потери этилена, воды на стадиях производства составляют 7 и 5 %, соответственноHYPER13 PAGEREF _Toc499212843 \h HYPER1421HYPER15
8. Рассчитать расходные коэффициенты по уксусной кислоте и PCl3 на 1 т ацетилхлорида, если селективность процесса по уксусной кислоте составляет 72% (по массе), а по PCl3 – 62% (по массе). Потери уксусной кислоты – 10% (по массе), а PCl3 – 12% (по массе)HYPER13 PAGEREF _Toc499212844 \h HYPER1423HYPER15
Список литературыHYPER13 PAGEREF _Toc499212845 \h HYPER1424HYPER15
HYPER151. Технологические наименования и определения компонентов реагирующей системы.

К основным технологическим понятиям относятся материальный и энергетический балансы, выход продукции, технологическая линия, операция и процесс, аппаратурно-процессная единица (единичный элемент), интенсивность и производительность технологического процесса. Несмотря на чисто экономиическую сущность таких понятий, как производительность труда, себестоимость продукции, эти и другие экономические категории широко используются в технологии для сравнительной характеристики эффективности различных вариантов.
При проектировании технологических линий выбор оптимального варианта возможен только при учете всего комплекса показателей технологической и экономической эффективности. Например, расчеты материальных технологических потоков должны сочетаться с энергетическими расчетами, так как снижение удельного расхода энергии бывает иногда решающим при выборе варианта технологического процесса.
Материальный и энергетический балансы составляют и для анализа работы существующих линий с целью определения расходов основного продукта и рабочих агентов на каждой технологической операции, расчета выхода, организации учета продукции, повышения ее качества, снижения себестоимости.
Материальный балансвыражает закон сохранения массы вещества, согласно которому во всякой замкнутой системе масса веществ, вступающих во взаимодействие, равна массе веществ, образующихся в результате этого взаимодействия.
Материальный баланс непрерывных процессов составляют для установившегося (стационарного) режима, при котором общая масса веществ, поступивших в аппарат за данный период времени, равна массе веществ, вышедших из аппарата. Предположим, что количество веществ в аппарате постоянно, т. е. их накопления или убыли не происходит. Тогда
, (1)
гдеGi(вх), Gi(вых)- соответственно массы продуктов, поступающих в аппарат (на данную технологическую операцию, в производство и пр.) и выходящих из него; п, т- количество компонентов продуктов во входном и выходномпотоках.
Обычно при проектировании выход готового продукта является заданным, а количество сырья и вспомогательных материалов, необходимых для его производства, определяют из уравнений материального баланса.
Уравнения материального баланса используют также для анализа и математического описания переходных процессов в химической технологии. С учетом изменения массы вещества в аппарате или другой емкости уравнение материального баланса имеет вид
(2)
где ∆Мi- изменение массыi-го вещества в аппарате за времяτ.
Если известно изменение вещества во времени, то уравнение материального баланса принимает такую форму:
. (3)
Наиболее общая форма записи материального баланса - интегральная:
, (4)
гдеτk– интервал времени, для которого определяется материальный баланс;τ– текущее значение времени.
Приведенные формы записи материального баланса используют для определения статических и динамических характеристик объектов технологии.
Решение уравнений полного материального баланса позволяет вычислить те характеристики технологических потоков, которые измерить трудно либо принципиально невозможно. При этом используют уравнения кинетики, равновесного состояния и другие описания процесса. В результате расчета обычно строят таблицу баланса веществ.
Энергетический баланссоставляют на основе закона сохранения энергии, в соответствии с которым в замкнутой системе сумма всех видов энергии постоянна. Для технологических процессов пищевых производств составляюттепловой баланс(закон сохранения энергии в этом, случае формулируется следующим образом: приход теплоты в аппарат за какой-то промежуток времени равен ее расходу).
Тепловой баланс составляют по количеству материальных потоков с учетом тепловых эффектов физических превращений и химических реакций, а также тепловых потерь через стенки аппарата в окружающую среду.
Его рассчитывают по уравнению
, (5)
гдеQi(вх)– количество теплоты, поступающее в аппарат с материальными потоками;Qi(вых)– количество теплоты, уносимое выходящими потоками; Qi(ф.х)– теплота физических или химических процессов, происходящих с выделением либо поглощением теплоты; Qi(пот)– потери теплоты в окружающую среду; п, т, к, р– количество видов соответственно входных, выходных, внутренних потоков теплоты и тепловых потерь.
Приведенное уравнение теплового баланса можно также записать для нестационарных процессов и в интегральной форме. Так же, как и уравнения материального баланса, уравнения теплового баланса нестационарных режимов используют для определения динамических свойств машин и аппаратов.
Выходом продуктаназывается отношение количества фактически полученного конечного продуктаGкк содержанию этого продукта в исходном сырьеGн:
(6)
ЗаGнпринимается все количество вещества в исходном сырье (например, концентрация сахара в диффузионном соке). Выход продукта определяет степень совершенства технологического процесса и рассчитывается в каж-дом конкретном случае по-разному. Проще всего определить выход продукта для таких типов производства, в которых готовый продукт получают в результате смешивания либо накладывания компонентов (в производстве кондитерских изделий, консервов и пр.). За исходное количество продукта берется сумма его компонентов во всех видах сырья.
Выход продукта применительно к химическим реакциям называютстепенью превращения.В процессах массопередачи выход именуютстепенью соответствующего межфазного перехода,например степенью абсорбции, десорбции и т. п. Степень превращения можно выразить как отношение количества израсходо-ванного основного вещества к общему его количеству в начале процессаGн:
. (7)
Это выражение применимо для расчета степени превращения любого исходного вещества в гомогенной реакции. Если в числителе формулы стоит количество продукта, полученного в состоянии равновесия, то выход называетсяравновесным(хр), илитеоретическим(хт). Для необратимых процессов, при которых происходит полное химическое превращение или полный переход из одной фазы в другую,хт=1. Для обратимых процессов равновесный выход, совпадающий с равновесной степенью превращения, всегда меньше единицы (хт< 1), так как равновесие наступает при неполном превращении исходных веществ в продукт.
Подтехнологической операциейпонимают совокупность воздействий на обрабатываемый продукт, происходящих в одном месте и в определенное время и приводящих к заранее заданному изменению характеристик или свойств продукта. Каждая технологическая операция выполняется машинами, аппаратами или их комплексами (агрегатами), размещенными определенным образом в пространстве и времени.
Агрегатомусловимся называть комплекс механизмов и машин, предназначенных для последовательного выполнения отдельных технологических операций, представляющих в совокупности законченный этап технологического процесса.
Законченнымэтапом (стадией)технологического процесса называется совокупность технологических операций, обеспечивающая получение промежуточного продукта, т. е. такие изменения качества обрабатываемого сырья или промежуточного продукта, которым можно или целесообразно дать количественную технологическую или экономическую оценку. Законченность этапа — понятие относительное. Например, измельчение солода можно назвать законченным этапом технологического процесса, а измельчение зерна при переработке в муку законченным этапом без последующего выделения целевого продукта быть не может.
Технологические агрегаты представляют собой отдельные участки технологической линии и могут являться промежуточной ступенью в иерархической системе управления производством.
Совершенство технологической операции определяется главным образом наличием условий для выполнения заданных воздействий на обрабатываемый продукт. Эти условия, в свою очередь, определяются технологическими режимами, а те – конструктивными характеристиками машин и аппаратов и возможностью их изменения в соответствии с технологической необходимостью.
Подтехнологическим режимомпонимают совокупность численных значений основных параметров, характеризующих среду или рабочую зону, в которой происходит данная технологическая операция. Для химико-технологических процессов такими параметрами являются температура, давление, концентрации взаимодействующих веществ, способ и степень перемешивания реагентов, в некоторых случаях – расстояние между рабочими поверхностями, частота колебаний, амплитуда и состояние поверхности, другие характеристики рабочих органов. Технологические режимы определяются не только конкретными численными значениями параметров, но и характером их изменения во времени и пространстве (в объеме аппарата). Например, изменение температуры агента в процессе сушки непрерывно или по ступеням по данной программе, изменение давлений (температур) по корпусам в многокорпусных выпарных аппаратах и т. д.
Технологические режимы каждой операции, оборудование и система управления являются единым комплексом, направленным на достижение основной цели технологического процесса – получение продукта заданного качества. Поэтому при проектировании и эксплуатации машин, аппаратов, агрегатов и систем управления пищевой технологии следует исходить из основной цели производства.
К современным машинам, аппаратам и агрегатам, кроме технологических требований, т. е. выполнения таких воздействий на исходные продукты, которые обеспечивали бы заданные либо наилучшие свойства конечного (выходного) продукта, предъявляют также требования минимальной удельной стоимости, надежности, устойчивости, управляемости и безопасности при обслуживании.
Под производительностью аппарата или машиныпонимают количество продукции, произведенной в единицу времени. При этом термин произведенная продукция может иметь разное толкование. Например, производительность сушилок оценивают по количеству сухого продукта, влажного (исходного) продукта или по количеству испаренной влаги. Поэтому следует всегда уточнять, по какому продукту определяется производительность машины.
Кроме производительности машины, агрегата или технологического участка (технологической линии), следует различатьпроизводительность, труда– важнейшую экономическую категорию, которая определяется количеством продукции, произведенной работником в единицу времени, или количеством времени, затраченным на производство единицы продукции. Производительность труда может иметь денежное, натуральное (масса, объем, штуки) либо условно-натуральное (консервы в переводе в условные банки) выражение и определяется по формуле
, (8)
гдеОпр– объем производства; Чр– численность работающих (производственно-промышленный персонал).
Подинтенсивностью процессапонимают количество продукта, произведенное в единицу времени (производительность), отнесенное к рабочему объему аппарата, единице длины или площади рабочего органа. Иногда интенсивность отождествляют с удельной производительностью, а также со скоростью превращения или изменения характеристик продукта при технологической обработке.
Интенсивность процессов можно увеличить перемешиванием (турбулизацией реагирующей системы), повышением температуры и концентрации, переводом системы из многофазной в однофазную. С целью интенсификации технологических процессов разрабатывают также новое, более совершенное и реконструируют существующее технологическое оборудование, внедряют в производство системы и средства управления и контроля, автоматизируют процессы [2].

2. Классификация химических реакторов.

Основу большинства химико-технологических процессов составляют реакторные процессы, в ходе которых сырье и реагенты превращаются в новые химические продукты.
Главными показателями, которые характеризуют процесс, являются скорость реакции и степень превращения сырья в готовый продукт.
Задача управления заключается в поддержании оптимальных значений этих показателей, обеспечивающих получение продукта заданного качества при максимальной производительности реактора и минимальных затратах.
Скорость реакции зависит от температуры и давления в реакторе, от концентрации реагирующих веществ и активности или концентрации катализатора. Следовательно, каждый из перечисленных факторов может быть использован в качестве управляющего воздействия на реакторный процесс [4].
1) Классификация химических реакторов и режимов их работы
Химические реакторы для проведения различных процессов отличаются друг от друга по конструктивным признакам. Однако, несмотря на существующие различия, можно выделить общие признаки классификации реакторов, облегчающие систематизацию сведений о них, составление математического описания и выбор метода расчета.
Наиболее употребимы следующие признаки классификации химических реакторов и режимов их работы:
1) режим движения реакционной среды (гидродинамическая обстановка в реакторе);
2) условия теплообмена в реакторе;
3) фазовый состав реакционной смеси;
4) способ организации процесса;
5) характер изменения параметров процесса во времени;
6) конструктивные характеристики.
2) Классификация реакторов по гидродинамической обстановке
В зависимости от гидродинамической обстановки можно разделить все реакторы на реакторы смешения и вытеснения.
Реакторы смешения - это емкостные аппараты с перемешиванием механической мешалкой или циркуляционным насосом. Реакторы вытеснения - трубчатые аппараты, имеющие вид удлиненного канала. В трубчатых реакторах перемешивание имеет локальный характер и вызывается неравномерностью распределения скорости потока.
В теории химических реакторов обычно сначала рассматривают два идеальных аппарата - реактор идеального или полного смешения и реактор идеального или полного вытеснения.
Для модели идеального смешения принимается ряд допущений. Допускается, что в результате интенсивного перемешивания устанавливаются абсолютно одинаковые условия в любой точке реактора: концентрации реагентов и продуктов, степени превращения реагентов, температура, скорость химической реакции и т.д.
Реактор идеального вытеснения представляет собой длинный канал, через который реакционная смесь движется в поршневом режиме. Идеальное вытеснение возможно при выполнении следующих допущений: 1) движущий поток имеет плоский профиль линейных скоростей; 2) отсутствует обусловленное любыми причинами перемешивание в направлении оси потока.
Реальные реакторы в большей или меньшей степени приближаются к модели идеального вытеснения или идеального смещения. Внесение определенных поправок на неидеальность позволяет использовать модели идеальных аппаратов в качестве исходных для описания реальных реакторов.
3) Классификация по условиям теплообмена.
Температура является движущей силой теплообмена. Протекающие в реакторах химические реакции сопровождаются тепловыми эффектами (это тепловые эффекты химических реакций и сопровождающих их физических явлений, таких, например, как процессы растворения, кристаллизации, испарения и т.п.). Вследствие выделения или поглощения теплоты изменяется температура и возникает разность температур между реактором и окружающей средой, а в определенных случаях температурный градиент внутри реактора. Разность температур
При отсутствии теплообмена с окружающей средой химический реактор являетсяадиабатическим. В нем вся теплота, выделяющаяся или поглощающаяся в результате химических процессов, расходуется на внутренний теплообмен и на нагрев или охлаждение реакционной смеси.
Изотермические реакторы. Для сохранения постоянной температуры процесса в реакторах этого типа необходимо подводить или отводить тепло в соответствии с тепловым эффектом реакции. Однако, изотермические реакторы сравнительно редко используются в крупномасштабных производствах; высокая стоимость оборудования или теплообмена делает процесс неэкономичным. Поэтому промышленные реакторы чаще проектируются как адиабатическими или политропическими.
Политропические реакторы. В этих аппаратах предусмотрен подвод или отвод тепла.
В реакторах с промежуточным тепловым режимом тепловой эффект химической реакции частично компенсируется за счет теплообмена с окружающей средой, а частично вызывает изменение температуры реакционной смеси.
Особо следует выделитьавтотермические реакторы, в которых поддержание необходимой температуры процесса осуществляется только за счет теплоты химического процесса без использования внешних источников энергии. Обычно стремятся к тому, чтобы химические реакторы, особенно применяемые в крупнотоннажных производствах, были автотермическими.
4) Классификация по фазовому составу реакционной смеси
Реакторы для проведения гомогенных процессов подразделяют на аппараты для газофазных и жидкофазных реакций. Аппараты для проведения гетерогенных процессов, в свою очередь, подразделяют на газожидкостные реакторы, реакторы для процессов в системах газ - твердое вещество, жидкость твердое вещество и др. Особо следует выделить реакторы для проведения гетерогенно-каталитических процессов.
5) Классификация по способу организации процесса
По способу организации процесса (способу подвода реагентов и отвода продуктов) реакторы подразделяют на периодические, непрерывно-действующие и полунепрерывные (полупериодические).
В реакторе периодического действия все отдельные стадии протекают последовательно, в разное время. Все реагенты вводят в аппарат до начала реакции, а смесь продуктов отводят после окончания процесса. Продолжительность реакции можно измерить непосредственно, так как время реакции и время пребывания реагентов в реакционном объеме одинаковы. Параметры технологического процесса в периодически действующем реакторе изменяются во времени.
Между отдельными реакционными циклами в периодическом реакторе необходимо осуществить вспомогательные операции - загрузку реагентов и выгрузку продуктов. Поскольку во время этих вспомогательных операций не может быть получено дополнительное количество продукта, их наличие обусловливает снижение производительности периодического реактора.
В реакторе непрерывного действия (проточном) все отдельные стадии процесса химического превращения вещества и подача реагирующих веществ, химическая реакция, вывод готового продукта) осуществляются одновременно и, следовательно, непроизводительные затраты времени на операции загрузки и выгрузки отсутствуют. Поэтому на современных крупнотоннажных химических производствах, где требуется высокая производительность реакционного оборудования, большинство химических реакций осуществляют в непрерывно действующих реакторах.
Время пребывания отдельных частиц потока в непрерывно-действующем реакторе, в общем случае, случайная величина. Так как от времени, в течение которого происходит реакция, зависит глубина химического превращения, то она будет разной для частиц с разным временем пребывания в реакторе. Средняя глубина превращения определяется видом функции распределения времени пребывания отдельных частиц, зависящим, в свою очередь, от характера перемешивания, структуры потоков в аппарате и для каждого гидродинамического типа реактора индивидуальным.
Реактор полунепрерывного (полупериодического) действия характеризуется тем, что один из реагентов поступает в него непрерывно, а другой - периодически. Возможны варианты, когда реагенты поступают в реактор периодически, а продукты реакции выводятся непрерывно, или наоборот.
6) Классификация по характеру изменения параметров процесса во времени
В зависимости от характера изменения параметров процесса во времени одни и те же реакторы могут работать в стационарном и нестационарном режимах.
Рассмотрим некоторую произвольную точку, находящуюся внутри химического реактора. Режим работы реактора называют стационарным, если протекание химической реакции в произвольно выбранной точке характеризуется одинаковыми значениями концентраций реагентов или продуктов, температуры, скорости и других параметров процесса в любой момент времени. В стационарном режиме параметры потока на выходе из реактора не зависят от времени. Обычно это постоянство выходных параметров обеспечивается постоянством во времени параметров на входе в реактор.
Если в произвольно выбранной точке происходят изменения параметров химического процесса во времени по тому или иному закону, режим работы реактора называют нестационарным. Нестационарный режим является более общим. Стационарный режим возможен для непрерывно-действующих проточных реакторов. Но даже эти реакторы работают в нестационарном режиме в моменты их пуска и остановки. Нестационарными являются все периодические процессы.
Нестационарные реакторы характеризуются положительным или отрицательным накоплением вещества или энергии в реакторе. Например, для периодического реактора характерно положительное накопление продуктов реакции и отрицательное накопление (убыль) исходных реагентов. При протекании в таком реакторе экзотермической реакции в отсутствие теплообмена с окружающей средой будет иметь место накопление теплоты (энергии), которое приведет к росту температуры.
Стационарные проточные реакторы (описываются более простыми уравнениями); протекающие в них процессы легче автоматизировать.
Нестационарность процесса в реакторе, естественно, вносит определенные усложнения и в описание реактора, и в управление его работой, однако во многих случаях нестационарные режимы технологических процессов, протекающих в химических реакторах, легче приблизить к оптимальным.
7) Классификация по конструктивным характеристикам
Химические реакторы отличаются друг от друга и по ряду конструктивных характеристик, оказывающих влияние на расчет и изготовление аппаратов. По этому принципу классификации можно выделить такие типы реакторов: емкостные реакторы (автоклавы; реакторы-камеры; вертикальные и горизонтальные цилиндрические конверторы и т.п.). Колонные реакторы (реакторы-колонны насадочного и тарельчатого типа; каталитические реакторы с неподвижным, движущимся и псевдоожиженным слоем катализатора; полочные реакторы); реакторы типа теплообменника; реакторы типа реакционной печи (шахтные, полочные, камерные, вращающиеся печи и т.п.) [1].

3. Обоснование выбора сырья для химического производства.

Выбор сырья для проектируемого процесса будет определяться уровнем эффективности использования основных видов ресурсов. Создание нового продукта начинается с исследования возможных схем получения молекулы заданной структуры, так как химическая реакция определяет вид (виды) используемого сырья. Следующим этапом является систематизация реакций по признакам условий проведения процесса, используемых типов катализаторов, методов подготовки сырья и способов выделения целевого продукта из реакционной смеси. Далее следует операция отбраковки вариантов, для которых непригодность по тому или иному критерию очевидна. Оставшиеся варианты принимаются к дальнейшей разработке, первым этапом которой становится лабораторное исследование. В результате исследования могут быть получены первичные данные (скорость реакции, конверсия, селективность) для определения необходимых оценок сопоставляемых альтернативных процессов. Расчет себестоимости, показателя приведенных затрат, показателя эффективности использования ресурсов позволяет сделать окончательный выбор.
При отбраковке альтернативных вариантов сырья следует учитывать ожидаемый объем производства, содержание полезного компонента в сырье, величину конверсии и селективности, скорость реакции, количество побочных продуктов и их чистоту, число химических стадий, стоимость и доступность сырья, ресурсоемкость, наличие стоков и выбросов [3].

4. Охрана водного бассейна.

Охрану водных бассейнов осуществляют путем создания эффективных способов очистки загрязненных производственных стоков и создания оборотного водоснабжения. Сброс сточных вод в водоемы производят только в тех случаях, когда вредных примесей в них содержится ниже предельно допустимых концентраций. Для удаления грубодисперсных примесей применяют отстаивание, фильтрацию.
Наилучшим путем решения проблемыохраны водного бассейна является создание замкнутых водооборотных систем. В этом случае полностью отсутствует сброс сточных вод в водоемы. Важную роль в решении этой проблемы играет химия, так как с помощью химических реакций и физико-химических процессов удается удалить до необходимых пределов примеси из сточных вод, которые после обработки снова поступают на производство. При создании замкнутых водооборотных систем проводят регенерацию отработанных растворов с извлечением солей, чтобы сократить до минимума расход воды [5].

5. Состав нефти и первичные способы ее переработки.

Важным показателем качества нефти является ее фракционный состав. Фракционный состав определяется при лабораторной перегонке, в процессе которой при постепенно повышающейся температуре из нефти отгоняют части – фракции, отличающиеся друг от друга пределами выкипания.
Таким образом,фракция– часть нефти (группа углеводородов), выкипающая (испаряющаяся) в определенном интервале температур. Каждая фракция характеризуется температурой начала кипения (н.к.) и конца кипения (к.к.).
Разделение нефти на фракции основано на том, что различные углеводороды, входящие в ее состав, кипят при разной температуре. Вначале выкипают легкие углеводороды, входящие в состав бензина, затем более тяжелые компоненты реактивного топлива, керосина, далее – еще более высококипящие углеводороды, из которых вырабатывают дизельное топливо.
Нефтепереработка– это много ступенчатый процесс физической и химической обработки сырой нефти, результатом которого является получение комплекса нефтепродуктов. Переработку нефти осуществляют методом перегонки, то есть физическим разделением нефти на фракции.
При промышленной перегонке нефти используют не лабораторный метод постепенного испарения, а схемы с так называемым однократным испарением и дальнейшей ректификацией в специальных ректификационных колоннах с трубопроводами для съема фракций.
Различают первичные и вторичные процессы переработки нефти. К первичным процессам относится прямая (атмосферно-вакуумная) перегонка нефти, в процессе которой углеводороды нефти не подвергаются химическим превращениям. В результате вторичных процессов (крекинг, риформинг и др.) происходит изменение структуры углеводородов в процессе химических реакций.
Прямая перегонка, или разделение нефти на фракции, основана на разной температуре кипения углеводородов разной молекулярной массы и осуществляется при нормальном атмосферном давлении и температуре до 350
Перегонка нефти производится на атмосферных или атмосферно-вакуумных установках, состоящих из трубчатой печи, ректификационной колонны, теплообменников и другой аппаратуры. Трубчатая печь – это устройство, внутри которого помещена система стальных труб, обогреваемых теплом сжигаемого горючего газа или мазута. Ректификационная колонна представляет собой вертикальный стальной цилиндр высотой до 40 метров, разделенный внутри горизонтальными перегородками с отверстием посередине, которое закрыто колпаками с зазорами по краю (барботажными тарелками), на отделения. Каждое отделение имеет свой трубопровод для съема отдельных фракций нефти.
Нагретую нефть вместе с водяным паром подают в нижнюю часть ректификационной колонны. Пар поднимает нагретую нефть вверх по колонне. Низкокипящие фракции и газ поднимаются на самые высокие этажи колонны. Температура охлаждения колпаков нижних этажей высока для них, и они, достигнув очередной тарелки, не конденсируются в жидкость, а через боковые отверстия вновь устремляются вверх, пока не окажутся под колпаком, где температура достаточно низка для их конденсации.
Фракции, получаемые при прямой перегонке, называют светлыми фракциями, или светлыми дистиллятами. Обычно при прямой перегонке
получают следующие фракции, название которым присвоено в зависимости от направления их дальнейшего использования:
- бензиновая фракция (газолин) – 50–140оС;
- лигроиновая фракция (тяжелая нафта) – 110–180оС;
- керосиновая фракция – 140–280оС;
- дизельная фракция (легкий или атмосферный газойль, соляровый дистиллят) – 180–350оС.
Выход бензина при прямой перегонке составляет от 5 до 20% от массы нефти. Остаток после отбора светлых фракций называется мазутом. Мазут разгоняют под вакуумом и при более высоких температурах, при этом в зависимости от направления переработки получают следующие фракции:
Для получения топлив:
– вакуумный газойль (вакуумный дистиллят) 350–500оС;
– вакуумный остаток (гудрон) ( 500 оС;
Для получения масел:
– легкая масляная фракция (трансформаторный дистиллят) 350–20оС;
– средняя масляная фракция (машинный дистиллят) 420–490оС;
– тяжелая масляная фракция (цилиндровый дистиллят) 450–490оС;
– гудрон( 490 оС.
Мазут и получаемые из него фракции называются темными. Нефти различных месторождений заметно различаются по фракционному составу, содержанию темных и светлых фракций. Так, в Ярегской нефти (республика Коми) содержится 18,8% светлых фракций, а в Самотлорской нефти (Западная Сибирь) – 58,8% [4].

6. Смесь состоит из двух компонентов: G1 = 500 кг, G2 = 1500 кг. Определить массовую долю каждого компонента в смеси.

Масса смеси:
G = G1 + G2 = 500 + 1500 = 2000 кг
Массовая доля первого компонента:
W1 = G1*100% / G = 500*100/2000 = 25 %
Массовая доля второго компонента:
W2 = G2*100% / G = 1500*100/2000 = 75 %


7. Рассчитать расходные коэффициенты по этилену и воде на 1 т этанола, если селективность по этилену составляет 87%, по воде – 95%. Потери этилена, воды на стадиях производства составляют 7 и 5 %, соответственно:
СН2=СН2 + Н2О→СН3СН2ОН

Для расчета расходных коэффициентов необходимо знать все стадии производства, в результате осуществления которых происходит превращение исходного сырья в готовый продукт. Теоретические расходные коэффициенты учитывают стехиометрические соотношения, по которым происходит это превращение. Практические расходные коэффициенты, кроме этого, учитывают производственные потери на всех стадиях процесса, а также возможные побочные реакции [3]. 
М(СН2=СН2) = 28 г/моль
М(Н2О) = 18 г/моль
М(СН3СН2ОН) = 46 г/моль
Согласно уравнению реакции, на получение 1 моль этанола требуется 1 моль этилена, то на получение 1 тонны этанола (n(СН3СН2ОН) = 106/46 = 21739 моль) требуется 21739 моль этилена.
Теоретический расходный коэффициент по этилену:
21739*28 = 608692 г = 0,6087 т
Практический расходный коэффициент по этилену (с учетом потерь и селективности):
0,60687/(0,93*0,87) = 0,7524 т
Аналогично для воды:
Согласно уравнению реакции, на получение 1 моль этанола требуется 1 моль воды, то на получение 1 тонны этанола (n(СН3СН2ОН) = 106/46 = 21739 моль) требуется 21739 моль воды.
Теоретический расходный коэффициент по воде:
21739*18 = 391248 = 0,3912 т
Практический расходный коэффициент по воде (с учетом селективности и потерь):
0,3912/(0,95*0,95) = 0,4335 т

8. Рассчитать расходные коэффициенты по уксусной кислоте и PCl3 на 1 т ацетилхлорида, если селективность процесса по уксусной кислоте составляет 72% (по массе), а по PCl3 – 62% (по массе). Потери уксусной кислоты – 10% (по массе), а PCl3 – 12% (по массе):
3СН3СООН + PCl3→ 3СН3СОСl + Н3РО3

М(СН3СООН) = 60 г/моль
М(PCl3) = 137,5 г/моль
М(СН3СОСl) = 78,5 г/моль
Согласно уравнению реакции, на получение 3 моль ацетилхлорида требуется 3 моль уксусной кислоты, то на получение 1 тонны ацетилхлорида (n(СН3СОСl) = 106/78,5 = 12739 моль) требуется 12739 моль уксусной кислоты.
Теоретический расходный коэффициент по уксусной кислоте:
12739*60 = 764340 г = 0,7643 т
Практический расходный коэффициент по уксусной кислоте (с учетом потерь и селективности):
0,7643/(0,72*0,90) = 1,1765 т
Аналогично для трихлорида фосфора:
Согласно уравнению реакции, на получение 3 моль ацетилхлорида требуется 1 моль трихлорида фосфора, то на получение 1 тонны ацетилхлорида требуется 12739/3 = 4246,3 моль трихлорида фосфора.
Теоретический расходный коэффициент по трихлориду фосфора:
4246,3*137,5 = 583870 г = 0,5839 т
Практический расходный коэффициент по трихлориду фосфора (с учетом селективности и потерь):
0,5839/(0,62*0,88) = 1,0702 т
Список литературы

Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия,2007. - 752 c.
Лабораторный практикум по общей химической технологии. – М.: Бином, 2010. - 280 c.
Научные основы химической технологии углеводов. – М.: ЛКИ, 2008. - 528 c.
Соколов Р. С. Практические работы по химической технологии. – М.: Владос, 2004. - 272 c.
Фролов В. Ф. Лекции по курсу "Процессы и аппараты химической технологии". – М.: Химиздат, 2008. - 608 c.









HYPER13PAGE HYPER15


2