Общая химическая технология

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова
Кафедра технологии древесных композиционных материалов и инженерной химии
Общая химическая технология
Методические указания и контрольные задания
для студентов заочной формы обучения
по направлению подготовки бакалавров
18.03.02 "Энерго- и ресурсосберегающие процессы
в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии"
Санкт-Петербург
2016

Теоретические  вопросы
1. Общие закономерности химико-технологических процессов. Классификация химических процессов.
2. Материальный баланс химического процесса, расход реагентов.
3. Тепловой баланс химического процесса. Тепловой эффект реакции.
4. Химическое равновесие, влияние на него температуры, давления, концентрации, определение константы равновесия.
5. Скорость химических процессов, определение кинетических констант, константа скорости реакции и порядок реакции.
6. Зависимость скорости реакции от температуры, определение энергии активации.
7. Структура кинетических уравнений. Определение константы скорости интегральным методом для необратимых реакций I порядка.
8. Определение константы скорости интегральным методом для реакции II порядка типа A+B→P+S.
9. Определение константы скорости интегральным методом для реакции n-порядка.
10. Определение константы скорости интегральным методом для обратимых реакций I порядка.
11. Определение концентрации и времени максимального выхода промежуточного продукта в последовательных реакциях.
12. Определение константы скорости реакции интегральным методом для параллельных реакций.
13. Определение порядка реакции методом проб и ошибок и методом характеристического времени.
14. Определение порядка реакции методом достижения определенной степени превращения и дифференциальный метод анализа опытных данных.
15. Определение лимитирующей стадии гетерогенного процесса.
16. Кинетика гетерогенных реакций, кинетическая и диффузная области протекания реакций.
17. Определение лимитирующей стадии гетерогенных процессов с нереагирующим ядром.
18. Кинетика гетерогенных реакций с разрушением частиц.
19. Кинетика каталитических процессов, выбор катализатора, гомогенный катализ.
20. Гетерогенный катализ.
21. Классификация химических реакторов
22. Характеристическое уравнение РИС периодического действия.
23. Характеристическое уравнение РИС непрерывного действия.
24. Характеристическое уравнение РИВ.
25. Тепловой эффект в реакторах, зависимость степени превращения от температуры из уравнений материального баланса.
26. Зависимость степени превращения от температуры в РИС периодического действия из уравнения теплового баланса.
27. Зависимость степени превращения от температуры в РИС непрерывного действия из уравнения теплового баланса.
28. Зависимость степени превращения от температуры в РИВ из уравнения теплового баланса.
29. Оптимальная температура процесса. Способы увеличения степени превращения при проведении необратимого эндотермического процесса.
30. Оптимальная температура процесса. Способы увеличения степени превращения при проведении необратимого экзотермического процесса.

Контрольные задачи
Задача  1. Определить разход воздуха для сжиания 100 м³  газа, если известен коэффициент избытка воздуха а. Определить содержание водяного пара в продуктах сгорания в массных и мольных концентрациях, если соотношение кислорода и азота в воздухе составляет: O₂:N₂=1:3,76.
Задача  2.  Составить материальный баланс на 1 т продукта и определить тепловой эффект реакции (целевой продукт подчеркнут).
Задача  3.  Определить константу скорости  реакции  в  случае 0,1, 2-го порядков, если через время τ после начала реакции достигнута степень превращения исходного вещества X_A, а начальная  концентрация  исходного вещества - C_Ao.
Задача 4. Определить константу скорости реакции первого порядка при температуре t₃, если при температуре t₁ за  время τ₁ достигнута  степень превращения X_A1 а при температуре t₂ за  время
τ₂ достигнута  степень превращения X_A2.
Задача 5. Сравнить объемы Рив и Рис Н для достижения одной и той же степени превращения Х'_А, равной 0,1; 0,5; 0,9 при проведении реакции A⇒P и 2A⇒P, если за время τ в Рис П была достигнута степень превращения X_A.
Задача 6. В какой последовательности установить реакторы Рив и Рис Н для проведения реакции второго порядка, если известны значения k•τ и C_A0 .
Выбор последовательности установки реакторов необходимо обосновать (т.е. задача требует развернутого ответа).
Задача  7. Построить графическую зависимость X_A =f(T) в Рис Н и Рив для необратимой реакции первого порядка за время τ,  если в Рис П за время τ’ =600 с при температуре t₁, равной  25°С, достигнута  степень превращения X_A1,  а при температуре t₂,  равной 35°С, достигнута степень превращения X_A2.

Готовые варианты заданий:
 

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова
Кафедра технологии древесных композиционных материалов и инженерной химии
Общая химическая технология
ЧАСТЬ I  «КИНЕТИКА  ХИМИЧЕСКИХ   ПРОЦЕССОВ»
 

Теоретические  вопросы
1. Общие закономерности химико-технологических процессов.
2. Классификация химических процессов.
3.  Объемная  концентрация,  степень  превращения,  относительное изменение реакционного объема, селективность процесса.
4. Материальный баланс химического процесса, расход реагентов.
5. Тепловой баланс химического процесса. Тепловой эффект реакции.
6. Химическое равновесие, определение константы равновесия.
7. Скорость химических процессов, кинетические константы: константа скорости реакции и порядок реакции.
8. Структура кинетических уравнений.
9. Зависимость скорости реакции от температуры, определение энергии активации.
10. Определение константы скорости интегральным методом для необратимых реакций I порядка типа A→P.
11. Определение константы скорости интегральным методом для реакции n-го порядка типа nA→P.
12. Определение константы скорости интегральным методом для реакции II порядка типа A+B→P+S.
13. Определение константы скорости реакции интегральным методом для обратимых реакций I порядка типа A⇔P.
14. Определение константы скорости реакции интегральным методом для обратимых реакций II порядка 2A⇔P+S.
15. Определение константы скорости реакции интегральным методом для параллельных реакций.
16. Определение концентрации и времени максимального выхода промежуточного продукта в последовательных реакциях.
17. Определение порядка реакции методом проб и ошибок.
18. Определение порядка реакции методом достижения определенной степени превращения.
19. Определение порядка реакции методом характеристического времени.
20. Дифференциальный метод анализа опытных данных.
21.  Кинетика  гетерогенных  реакций,  кинетическая  и  диффузионная области протекания реакций.
22. Классификация гетерогенных процессов.
23. Определение лимитирующей стадии гетерогенного процесса.
24. Определение временных границ стадий гетерогенного процесса.
25.  Кинетика некаталитических гетерогенных реакций в случае, если лимитирующей стадией является внешняя диффузия.
26.  Кинетика некаталитических гетерогенных реакций в случае, если лимитирующей стадией является внутренняя диффузия
27.  Кинетика некаталитических гетерогенных реакций в случае, если лимитирующей стадией является химическая реакция.
28. Кинетика гетерогенных реакций с разрушением частиц.
29. Гомогенный катализ, выбор катализатора.
30. Гетерогенный катализ.

Контрольные задачи
Задача  1. Определить тепловой эффект реакции, температуру сгорания, расход воздуха и относительную концентрацию водяного пара в продуктах сгорания (массовую и мольную) при сгорании 1 м³ газа, если известен коэффициент избытка воздуха a, а соотношение кислорода и азота в воздухе O₂:N₂=1:3,76.
Задача  2.  Составить материальный баланс на 1 т продукта и определить тепловой эффект реакции (целевой продукт подчеркнут).
Задача  3.  Определить константу скорости  реакции  в  случае 0,1, 2-го порядков, если через время τ после начала реакции достигнута степень превращения исходного вещества X_A, а начальная  концентрация  исходного вещества - C_Ao.
Задача 4. Определить константу скорости реакции первого порядка при температуре t₃, если при температуре t₁ за  время τ₁ достигнута  степень превращения X_A1 а при температуре t₂ за  время
τ₂ достигнута  степень превращения X_A2.
Задача 5.  При проведении реакции A+B→P+S за время τ₁ при температуре t₁ достигнута степень превращения X_А. В течение какого времени будет достигнута эта же степень превращения при температуре  t₂, если энергия активации процесса Е, начальные концентрации исходных реагентов C_A0 и C_В0.
Задача 6. Определить константу скорости и энергию активации прямой и обратной реакций, если при проведении реакции A⇔P за  время τ при температуре t₁= 15ºС достигнута степень превращения X_A1 , а при t₂= 35ºС  достигнута степень превращения X_A1. Известны величина энергии Гиббса ΔG и тепловой эффект реакции ΔH.
Задача  7. Определить время достижения максимального выхода промежуточного продукта и его концентрацию в этот момент при проведении реакции A→P→S,  если через время τ от начала реакции достигнута концентрация C_S и  степень превращения исходного вещества X_A.

Готовые варианты заданий:
 

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова
Кафедра технологии древесных композиционных материалов и инженерной химии
Общая химическая технология
ЧАСТЬ II  «ХИМИЧЕСКАЕ РЕАКТОРЫ»
 

Теоретические  вопросы
1. Классификация химических реакторов.
2. Характеристическое уравнение РИС периодического действия.
3. Характеристическое уравнение РИС непрерывного действия.
4. Характеристическое уравнение РИВ.
5. Соотношение объемов РИВ и РИС Н.
6. Комбинированные модели: модель РИВ с рециклом
7. Комбинированные модели: модель РИВ с байпасом.
8. Комбинированные модели: модель РИВ и РИС, параллельное соединение.
9. Комбинированные  модели: модель РИВ и РИС, последовательные соединения.
10. Комбинированные модели: последовательные соединения РИВ.
11. Комбинированные модели: последовательные соединения РИС.
12. Зависимость степени превращения от температуры из уравнений материального баланса. Оптимальная температура процесса.
13. Зависимость степени превращения от температуры в РИС П из уравнения теплового баланса.
14. Зависимость степени превращения от температуры в РИС Н из уравнения теплового баланса.
15. Зависимость степени  превращения от температуры в РИВ из уравнения теплового баланса.
16. Определение  оптимальной  температуры  при  проведении необратимых эндотермических реакций.
17. Определение оптимальной температуры при проведении необратимых экзотермических реакций.
18. Устройства для перемешивания и теплообмена в реакторах.
19. Конструкции реакторов для гомогенных реакций.
20. Конструкции реакторов для гетерогенных реакций.

Контрольные задачи
Задача 1. Сравнить объемы Рив и Рис Н для достижения одной и той же степени превращения Х'_А, равной 0,1; 0,5; 0,9 при проведении реакции A⇒P и 2A⇒P, если за время τ в Рис П была достигнута степень превращения X_A.
Задача 2. Определить соотношение C_k/C₀ для реакции первого порядка в Рис Н, Рив и Рив с рециклом, если известны значения k и τ, а кратность циркуляции  m= 0,5; 1,0; 1,5; 2,0
Задача 3. Определить  соотношение C_k/C₀ для реакции первого порядка в Рис Н, Рив и Рив с байпасом, если известны значения k и τ, а доля байпасирования m= 0,1; 0,3; 0,5; 0,7.
Задача 4. В какой последовательности установить реакторы Рив и Рис Н для проведения реакции второго порядка, если известны значения k•τ и C_A0 .
Выбор последовательности установки реакторов необходимо обосновать (т.е. задача требует развернутого ответа).
Задача 5. Сравнить объем Рив и каскада Рис, состоящего из m реакторов, если в результате реакции первого порядка в них достигается одна и та же степень превращения Х_А.
Задача 6. Построить графическую зависимость X_A =f(T) в Рис Н и Рив для необратимой реакции первого порядка за время τ,  если в Рис П за время τ’ =600 с при температуре t₁, равной  25°С, достигнута  степень превращения X_A1,  а при температуре t₂,  равной 35°С, достигнута степень превращения X_A2.

Готовые варианты заданий: