Hoffman, PWr W3, semestr 4, surowce i procesy przemysłu nieorganicznego (SIPPN)
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->1.PROCES TECHNOLOGICZNY – DOBÓR FIZYKOCHEMICZNY REAKCJI CHEMICZNYCHKierunek reakcji chemicznej – istnieją reakcje odwracalne i nieodwracalneWpływ czynników T,p,c na położenie równowagi, na prawo działania mas oraz na regułę przekory LeChateliera-BraunaOcena ilościowaΔG – zmiana entalpii swobodnejΔH – zmiana entalpii reakcjiΔS – zmiana entropii reakcjilnKp>>0 reakcja samorzutna, praktycznie nieodwracalnalnKp<<0 reakcja niesamorzutna, nie zachodziKlasyfikacja1 – ΔH < 0 ΔS > 0 reakcja egzoterm. ze wzrostem temp. rośnie wartość stałej rówowagi(zarazem stopieńprzemiany), reakcja samorzutna, nieodwracalna, uprzywilejowana2 – ΔH < 0 ΔS < 0 reakcja egzoterm. ze wzrostem temp. maleje wartość stałej rówowagi(zarazem stopieńprzemiany), reakcja samorzutna w niskich temp., odwracalna3 – ΔH > 0 ΔS > 0 reakcja endoterm. ze wzrostem temp. Rośnie wartość stałej rówowagi(zarazem stopieńprzemiany), reakcja samorzutna w wysokich temp, odwracalna4 – ΔH > 0 ΔS < 0 reakcja endoterm. ze wzrostem temp. maleje wartość stałej rówowagi(zarazem stopieńprzemiany), reakcja niesamorzutnaOcena jakościowa:Doprowadzenie ciepła – przesunięcie położenia równowagi w stronę reakcji endotermicznychPodwyższenie ciśnienia – przesuwa punkt równowagi reakcji w lewą lub prawą stronę reakcji zgodnie zregułą przekoryStany termodynamiczne układów reagujących:Podstawy fizykochemiczne procesów technologicznych:kierunek reakcji chemicznychreakcje chemiczne są odwracalne – konieczne jest więc dla technologa określenie kierunku przebiegu reakcjii położenia równowagiwpływ czynników (temperatura, ciśnienie, stężenie reagentów) na położenie równowagi opierają się naprawie działania mas oraz regule Le Chateliera:Zmiany położenia równowagi układu znajdującego się w stanie równowagi nastąpi w takim kierunku,który spowoduje zmniejszenie się wpływu dokonanej zmiany.2. SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH, METODY ZWIĘKSZANIASzybkość reakcji:A -> Br�½dcaVdtSposoby zwiększania szybkości reakcji:Podwyższenie temperatury (obniżenie energii aktywacji)Katalizatory (czynniki obniżające energię aktywacji)Rozwinięcie powierzchni reagentówPodwyższenie stężenia reagentówUsuwanie produktów reakcji3. PROCES TECHNOLOGICZNY – OGÓLNE ZASADY TECHNOLOGICZNEZasada najlepszego wykorzystania surowcówZasada najlepszego wykorzystania energiiZasada najlepszego wykorzystania aparaturyZasada umiaru technologicznego – realizacja procesu zgoda z zasadami ochrony środowiska,minimalizacja ilości odpadów, warunkami lokalizacji, zdolności produkcyjnej itp.Najlepsze warunki ekonomiczne – sporządzenie bilansu strat i zysków, przeliczenie całego procesu napieniądze4. OPERACJE I PROCESY JEDNOSTKOWEOperacje i procesy jednostkoweto elementy wspólne, powtarzające się w wielu procesach technologiichemicznej.Procesy o charakterze fizycznym i fizykochemicznym określa się jako operacje jednostkowe:1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.przepływ płynówsedymentacjafiltracjarozdzielanie ciał stałychmieszanieprzewodzenie ciepłapromieniowanie cieplneogrzewanie i chłodzeniewrzenie i kondensacjaprzenikanie masydestylacjarektyfikacjaabsorpcjaekstrakcjasuszenieProcesy o charakterze ściśle chemicznym a więc z przemianą (reakcją) chemiczną to procesy jednostkowe(jednostkowe procesy chemiczne):1. spalanie i utlenianie w wysokiej temp.2. zgazowanie3. reakcje gazowe bez udziału kontaktu4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.reakcje gazowe kontaktowereakcje między gazami a cieczamizobojętnianiepodwójna wymiana w roztworachpodwójna wymiana między fazą stałą i ciekłąwymiana jonowaprażenie i wypalanieredukcja w wysokich temp.elektrolizaprocesy elektrolityczne5. OPRACOWANIE PROJEKTU PROCESOWEGOOPRACOWANIE NOWEJ TECHNOLOGII CHEMICZNEJZałożenia techniczno – ekonomiczne inwestycji:Ustalenia określające cel, program, podstawowe dane iparametry charakteryzujące wymagania, koszty w zakresie wystarczającym do opracowania projektutechnicznegoProjekt techniczny– dokumentacja w formie graficznej, modelowej, zestawień liczbowych i opisów dotyczącawykonania wszystkich prac, dostaw, czynności, uzgodnień umożliwiających realizację inwestycjiOpracowanie tej dokumentacji wymaga realizacji wielu prac studialnych dotyczących wyboru technologii, skaliprodukcji, lokalizacji, gospodarki energetycznej, wodnej, transportowej, dostępności i jakości surowców,aparatury. Zazwyczaj realizuje się ten etap poprzez opracowanie PROJEKTU PROCESOWEGO,PROJEKT PROCESOWY1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.Charakterystyka i zapotrzebowanie wyrobuStosowane na świecie metody produkcyjne i kierunki rozwoju technologiiCharakterystyka proponowanej metodyWarunki lokalizacjiCharakterystyka surowcówCharakterystyka produktu głównego i ubocznychCharakterystyka odpadów i ścieków, możliwości ich utylizacji, neutralizacji, składowaniaSchemat ideowyIndywidualne parametry poszczególnych procesów i operacji jednostkowychOpis procesu technologicznegoSchemat technologicznyBilans materiałowyBilans cieplnyMateriały konstrukcyjne, ochrona przed korozjąZestawienie aparatów i urządzeńHarmonogram pracy aparatówWskaźnik zużycia surowców i energiiZapotrzebowanie siły roboczejKoncepcja przestrzennego rozmieszczenia aparatów i urządzeńZagadnienia higieny i bezpieczeństwa pracyPrace badawcze i rozwojoweBrak dostatecznych danych w literaturze naukowej, patentowej itp. Stwarza konieczność przeprowadzeniabadań umożliwiających uzupełnienie, rozszerzenie wiedzy o badanym problemie.Skala laboratoryjna – gramowe ilości substancji, aparatura szklanaSkala ćwierćtechniczna – kilogramowe ilości substancji, właściwe dla procesu materiały konstrukcyjneaparatów i urządzeńSkala półtechniczna – setki, tysiące kilogramów, aparaty o konstrukcji zbliżonej do przewidywanych dlaskali przemysłowej i wykonane z odpowiednich materiałówInstalacja pilotowa – zakład doświadczalny, zminiaturyzowany model zakładu przemysłowegoInstalacja prototypowa – badanie pewności długotrwałej pracy6. PODSTAWOWE CECHY PROCESÓW PERIODYCZNYCH ORAZ CIĄGŁYCHProcesy periodyczne:1) surowce/produkty wprowadza się/ wyprowadza się porcjami2) w czasie napełnienia i wypróżniania proces ulega przerwaniu3) operacje i procesy jednostkowe przebiegają kolejno w jednym aparacie4) parametry procesu w każdym punkcie zmieniają się w czasieProcesy realizowane w sposób ciągły:1) surowce i produkty wprowadza/wyprowadza się w sposób ciągły2) proces przebiega jednocześnie z wprowadzaniem substratów i odprowadzaniem produktów3) wszystkie stadia procesu przebiegają w różnych częściach aparatów lub w różnych aparatach4) parametry w każdym punkcie aparatury pozostają stałe (nie zmieniają się w czasie)7. PRZEMYSŁ CHEMICZNY A ŚRODOWISKO – ZRÓWNOWAŻONY ROZWÓJKształtowanie i ochrona środowiska. Sozologia i sozotechnikaCzłowiek powinien intensywnie eksploatować zasoby przyrody, ale czynić to rozsądniePowinien zapewnić trwałość, względnie odnawialność tych zasobówWe współczesnym ujęciu zmierza się do nadania zagadnieniom ochrony środowiska charakterubardziej integralnegoI do ochrony człowieka przez takie kształtowanie środowiska, by odpowiadało jego potrzebombiologicznym i duchowymSozologia – nauka o przyczynach i doraźnych skutkach, a także o dalszych następstwach przemian,zachodzących zarówno w naturalnych jak i odkształconych układach przyrodniczych w wyniku działalnościspołecznej i gospodarczej człowieka oraz o skutecznych sposobach zapobiegania ich ujemnym następstwomdla ludzkości albo przynajmniej maksymalnego ich złagodzeniaSozotechnika – dział nauk technicznych zajmujący się sprawami kształtowania i ochrony środowiskaZagrożenie środowiska przez przemysł chemiczny→ Przemysł chemiczny – gałąź przemysłu o dużym potencjalnym zagrożeniu dla środowiska→ Wydobywanie surowców mineralnych – niekorzystne zjawiska i szkody krajobrazowe (hałdy,zapadliska, obniżenie poziomu wód gruntowych, zanieczyszczenia wód powierzchniowych, zapylenia)→ P. chemiczny – jeden z najbardziej wodochłonnych gałęzi przemysłu→ Ścieki stanowią jedną z największych pozycji bilansu ścieków (zróżnicowane co do składu, częstozawierają składniki toksyczne lub oddziałujący w inny sposób niekorzystnie na odbiorniki wodne)→ Gazy odlotowe – zawierają obok pyłów również toksyczne składniki (mgły kwasów, dwutlenek siarki,tlenki azotu, amoniak, chlor, siarkowodór, związki fluoru, dwusiarczek węgla, tiole itd.)→ Oddziaływanie niekorzystne na środowisko poprzez oddziaływanie na inne działy gospodarkinarodowej (z chemizacją rolnictwa – stosowanie nawozów mineralnych, pestycydów – wiąże sięzanieczyszczenie wód powierzchniowych pozostałościami nawozów oraz pestycydów)→ Najbardziej efektywny sposób przeciwdziałania – doskonalenie technologii (np. wprowadzenie od 1963roku metody dwustopniowej konwersji wytw. Kwasu siarkowego met. Kontaktową pozwala zmniejszyć4-krotnie emisję SO2do atmosfery)→ Potrzeby ochrony środowiska oddziałują w coraz większym stopniu na zagadnienia projektowania (wszczególności lokalizacji) oraz budowy i eksploatacji zakładów przemysłu chemicznego→ Stanowią też często istotny czynnik wpływający na ekonomikę produkcji [ Pobierz całość w formacie PDF ]
zanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl chiara76.opx.pl
//-->1.PROCES TECHNOLOGICZNY – DOBÓR FIZYKOCHEMICZNY REAKCJI CHEMICZNYCHKierunek reakcji chemicznej – istnieją reakcje odwracalne i nieodwracalneWpływ czynników T,p,c na położenie równowagi, na prawo działania mas oraz na regułę przekory LeChateliera-BraunaOcena ilościowaΔG – zmiana entalpii swobodnejΔH – zmiana entalpii reakcjiΔS – zmiana entropii reakcjilnKp>>0 reakcja samorzutna, praktycznie nieodwracalnalnKp<<0 reakcja niesamorzutna, nie zachodziKlasyfikacja1 – ΔH < 0 ΔS > 0 reakcja egzoterm. ze wzrostem temp. rośnie wartość stałej rówowagi(zarazem stopieńprzemiany), reakcja samorzutna, nieodwracalna, uprzywilejowana2 – ΔH < 0 ΔS < 0 reakcja egzoterm. ze wzrostem temp. maleje wartość stałej rówowagi(zarazem stopieńprzemiany), reakcja samorzutna w niskich temp., odwracalna3 – ΔH > 0 ΔS > 0 reakcja endoterm. ze wzrostem temp. Rośnie wartość stałej rówowagi(zarazem stopieńprzemiany), reakcja samorzutna w wysokich temp, odwracalna4 – ΔH > 0 ΔS < 0 reakcja endoterm. ze wzrostem temp. maleje wartość stałej rówowagi(zarazem stopieńprzemiany), reakcja niesamorzutnaOcena jakościowa:Doprowadzenie ciepła – przesunięcie położenia równowagi w stronę reakcji endotermicznychPodwyższenie ciśnienia – przesuwa punkt równowagi reakcji w lewą lub prawą stronę reakcji zgodnie zregułą przekoryStany termodynamiczne układów reagujących:Podstawy fizykochemiczne procesów technologicznych:kierunek reakcji chemicznychreakcje chemiczne są odwracalne – konieczne jest więc dla technologa określenie kierunku przebiegu reakcjii położenia równowagiwpływ czynników (temperatura, ciśnienie, stężenie reagentów) na położenie równowagi opierają się naprawie działania mas oraz regule Le Chateliera:Zmiany położenia równowagi układu znajdującego się w stanie równowagi nastąpi w takim kierunku,który spowoduje zmniejszenie się wpływu dokonanej zmiany.2. SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH, METODY ZWIĘKSZANIASzybkość reakcji:A -> Br�½dcaVdtSposoby zwiększania szybkości reakcji:Podwyższenie temperatury (obniżenie energii aktywacji)Katalizatory (czynniki obniżające energię aktywacji)Rozwinięcie powierzchni reagentówPodwyższenie stężenia reagentówUsuwanie produktów reakcji3. PROCES TECHNOLOGICZNY – OGÓLNE ZASADY TECHNOLOGICZNEZasada najlepszego wykorzystania surowcówZasada najlepszego wykorzystania energiiZasada najlepszego wykorzystania aparaturyZasada umiaru technologicznego – realizacja procesu zgoda z zasadami ochrony środowiska,minimalizacja ilości odpadów, warunkami lokalizacji, zdolności produkcyjnej itp.Najlepsze warunki ekonomiczne – sporządzenie bilansu strat i zysków, przeliczenie całego procesu napieniądze4. OPERACJE I PROCESY JEDNOSTKOWEOperacje i procesy jednostkoweto elementy wspólne, powtarzające się w wielu procesach technologiichemicznej.Procesy o charakterze fizycznym i fizykochemicznym określa się jako operacje jednostkowe:1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.przepływ płynówsedymentacjafiltracjarozdzielanie ciał stałychmieszanieprzewodzenie ciepłapromieniowanie cieplneogrzewanie i chłodzeniewrzenie i kondensacjaprzenikanie masydestylacjarektyfikacjaabsorpcjaekstrakcjasuszenieProcesy o charakterze ściśle chemicznym a więc z przemianą (reakcją) chemiczną to procesy jednostkowe(jednostkowe procesy chemiczne):1. spalanie i utlenianie w wysokiej temp.2. zgazowanie3. reakcje gazowe bez udziału kontaktu4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.reakcje gazowe kontaktowereakcje między gazami a cieczamizobojętnianiepodwójna wymiana w roztworachpodwójna wymiana między fazą stałą i ciekłąwymiana jonowaprażenie i wypalanieredukcja w wysokich temp.elektrolizaprocesy elektrolityczne5. OPRACOWANIE PROJEKTU PROCESOWEGOOPRACOWANIE NOWEJ TECHNOLOGII CHEMICZNEJZałożenia techniczno – ekonomiczne inwestycji:Ustalenia określające cel, program, podstawowe dane iparametry charakteryzujące wymagania, koszty w zakresie wystarczającym do opracowania projektutechnicznegoProjekt techniczny– dokumentacja w formie graficznej, modelowej, zestawień liczbowych i opisów dotyczącawykonania wszystkich prac, dostaw, czynności, uzgodnień umożliwiających realizację inwestycjiOpracowanie tej dokumentacji wymaga realizacji wielu prac studialnych dotyczących wyboru technologii, skaliprodukcji, lokalizacji, gospodarki energetycznej, wodnej, transportowej, dostępności i jakości surowców,aparatury. Zazwyczaj realizuje się ten etap poprzez opracowanie PROJEKTU PROCESOWEGO,PROJEKT PROCESOWY1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.Charakterystyka i zapotrzebowanie wyrobuStosowane na świecie metody produkcyjne i kierunki rozwoju technologiiCharakterystyka proponowanej metodyWarunki lokalizacjiCharakterystyka surowcówCharakterystyka produktu głównego i ubocznychCharakterystyka odpadów i ścieków, możliwości ich utylizacji, neutralizacji, składowaniaSchemat ideowyIndywidualne parametry poszczególnych procesów i operacji jednostkowychOpis procesu technologicznegoSchemat technologicznyBilans materiałowyBilans cieplnyMateriały konstrukcyjne, ochrona przed korozjąZestawienie aparatów i urządzeńHarmonogram pracy aparatówWskaźnik zużycia surowców i energiiZapotrzebowanie siły roboczejKoncepcja przestrzennego rozmieszczenia aparatów i urządzeńZagadnienia higieny i bezpieczeństwa pracyPrace badawcze i rozwojoweBrak dostatecznych danych w literaturze naukowej, patentowej itp. Stwarza konieczność przeprowadzeniabadań umożliwiających uzupełnienie, rozszerzenie wiedzy o badanym problemie.Skala laboratoryjna – gramowe ilości substancji, aparatura szklanaSkala ćwierćtechniczna – kilogramowe ilości substancji, właściwe dla procesu materiały konstrukcyjneaparatów i urządzeńSkala półtechniczna – setki, tysiące kilogramów, aparaty o konstrukcji zbliżonej do przewidywanych dlaskali przemysłowej i wykonane z odpowiednich materiałówInstalacja pilotowa – zakład doświadczalny, zminiaturyzowany model zakładu przemysłowegoInstalacja prototypowa – badanie pewności długotrwałej pracy6. PODSTAWOWE CECHY PROCESÓW PERIODYCZNYCH ORAZ CIĄGŁYCHProcesy periodyczne:1) surowce/produkty wprowadza się/ wyprowadza się porcjami2) w czasie napełnienia i wypróżniania proces ulega przerwaniu3) operacje i procesy jednostkowe przebiegają kolejno w jednym aparacie4) parametry procesu w każdym punkcie zmieniają się w czasieProcesy realizowane w sposób ciągły:1) surowce i produkty wprowadza/wyprowadza się w sposób ciągły2) proces przebiega jednocześnie z wprowadzaniem substratów i odprowadzaniem produktów3) wszystkie stadia procesu przebiegają w różnych częściach aparatów lub w różnych aparatach4) parametry w każdym punkcie aparatury pozostają stałe (nie zmieniają się w czasie)7. PRZEMYSŁ CHEMICZNY A ŚRODOWISKO – ZRÓWNOWAŻONY ROZWÓJKształtowanie i ochrona środowiska. Sozologia i sozotechnikaCzłowiek powinien intensywnie eksploatować zasoby przyrody, ale czynić to rozsądniePowinien zapewnić trwałość, względnie odnawialność tych zasobówWe współczesnym ujęciu zmierza się do nadania zagadnieniom ochrony środowiska charakterubardziej integralnegoI do ochrony człowieka przez takie kształtowanie środowiska, by odpowiadało jego potrzebombiologicznym i duchowymSozologia – nauka o przyczynach i doraźnych skutkach, a także o dalszych następstwach przemian,zachodzących zarówno w naturalnych jak i odkształconych układach przyrodniczych w wyniku działalnościspołecznej i gospodarczej człowieka oraz o skutecznych sposobach zapobiegania ich ujemnym następstwomdla ludzkości albo przynajmniej maksymalnego ich złagodzeniaSozotechnika – dział nauk technicznych zajmujący się sprawami kształtowania i ochrony środowiskaZagrożenie środowiska przez przemysł chemiczny→ Przemysł chemiczny – gałąź przemysłu o dużym potencjalnym zagrożeniu dla środowiska→ Wydobywanie surowców mineralnych – niekorzystne zjawiska i szkody krajobrazowe (hałdy,zapadliska, obniżenie poziomu wód gruntowych, zanieczyszczenia wód powierzchniowych, zapylenia)→ P. chemiczny – jeden z najbardziej wodochłonnych gałęzi przemysłu→ Ścieki stanowią jedną z największych pozycji bilansu ścieków (zróżnicowane co do składu, częstozawierają składniki toksyczne lub oddziałujący w inny sposób niekorzystnie na odbiorniki wodne)→ Gazy odlotowe – zawierają obok pyłów również toksyczne składniki (mgły kwasów, dwutlenek siarki,tlenki azotu, amoniak, chlor, siarkowodór, związki fluoru, dwusiarczek węgla, tiole itd.)→ Oddziaływanie niekorzystne na środowisko poprzez oddziaływanie na inne działy gospodarkinarodowej (z chemizacją rolnictwa – stosowanie nawozów mineralnych, pestycydów – wiąże sięzanieczyszczenie wód powierzchniowych pozostałościami nawozów oraz pestycydów)→ Najbardziej efektywny sposób przeciwdziałania – doskonalenie technologii (np. wprowadzenie od 1963roku metody dwustopniowej konwersji wytw. Kwasu siarkowego met. Kontaktową pozwala zmniejszyć4-krotnie emisję SO2do atmosfery)→ Potrzeby ochrony środowiska oddziałują w coraz większym stopniu na zagadnienia projektowania (wszczególności lokalizacji) oraz budowy i eksploatacji zakładów przemysłu chemicznego→ Stanowią też często istotny czynnik wpływający na ekonomikę produkcji [ Pobierz całość w formacie PDF ]