1.Proces technologiczny-dobór fizykochemicznych reakcji chemicznych
· Ocena jakościowa -Kierunek reakcji chemicznych
Wpływ różnych czynników (t, p, c) na położenie równowagi opierają się na prawie działania mas oraz regule przekory Le Chateliera- Brauna. Według tej reguły zmiany położenia równowagi układu znajdującego się w stanie równowagi następują w takim kierunku, który spowoduje zmniejszenie się wpływ dokonanej zmiany. Na przykład doprowadzenie do kładu ciepła, a więc podwyższenie temperatury układu, wywołuje przesunięcie się położenia równowagi w kierunku odpowiadającym reakcji endotermicznej, zużywającej ciepło, a więc przeciwdziałającej wzrostowi temperatury układu. Z kolej dla reakcji amoniaku
N2 + 3H2 = 2 NH3
Podwyższenie ciśnienia spowoduje przebieg reakcji w kierunku związanym ze zmniejszeniem objętości.
· Ocena ilościowa
Ilościowe określenie zmian położenia równowagi w zależności od temperatury, ciśnienia i stężeń początkowych jest bardziej skomplikowane. W przypadku reakcji przebiegających między gazami potrzebna jest znajomość stałej równowagi Kp.
Stała równowagi jest związana ze zmianą entalpii swobodnej reakcji relacją:
ΔG- zmiana entalpii swobodnej
ΔH- zmiana entalpii reakcji
ΔS- zmiana entropii reakcji
Na podstawie funkcji entalpii swobodnej możemy sklasyfikować reakcje pod względem samorzutności przebiegu w sposób następujący:
1) ΔH < 0 oraz ΔS > 0 – reakcja egzotermiczna, ze wzrostem temperatury rośnie wartość stałej równowagi, a więc i stopień przemiany, reakcja samorzutna, uprzywilejowana, praktycznie nieodwracalna.
ΔH < 0 , ΔS > 0
ΔG lnKp
lnKp
T
ΔG
2) ΔH < 0 oraz ΔS < 0 – reakcja egzotermiczna, ze wzrostem temperatury maleje wartość stałej równowagi a więc i stopień przemiany, reakcja odwracalna, samorzutna w niskich temperaturach.
ΔH < 0 , ΔS < 0
3) ΔH > 0 oraz ΔS > 0 – reakcja endotermiczna, ze wzrostem temperatury rośnie wartość stałej równowagi, a więc i stopnia przemiany, reakcja odwracalna samorzutna w wysokich temperaturach.
ΔH > 0 , ΔS > 0
4)ΔH > 0 oraz ΔS < 0 – reakcja endotermiczna, ze wzrostem temperatury maleje wartość stałej równowagi, a więc i stopnia przemiany, reakcja niesamorzutna w całym zakresie temperatur.
ΔH > 0 , ΔS < 0
· Szybkośc reakcji
A → B
Sposoby zwiększenia szybkości reakcji:
− podwyższenie temperatury (często jednak możemy z tego korzystać tylko w ograniczonym zakresie ze względu na zmniejszenie się wydajności ze wzrostem temperatury reakcji np. egzotermiczne reakcje gazowe)
− katalizatory ( jako czynnik obniżające energię aktywacji reakcji, a wskutek tego umożliwiające jej przeprowadzenie w niskiej temperaturze , aby położenie równowagi było jeszcze w wystarczającym stopniu przesunięte w stronę pożądanych produktów reakcji)
− rozwinięcie powierzchni reagentów
− podwyższenie stężenia reagentów i usuwanie produktów reakcji
5.
Opracowanie procesu technologicznego w skali przemysłowej dzieli się na zwykle na etapy badań, prac rozwojowych i projektowania.
Etapy opracowywania procesu technologicznego:
1) Założenie techniczno- ekonomiczne inwestycji: ustalenia określające cel, program, podstawowe dane i parametry charakteryzujące wymagania, koszty w zakresie wystarczającym do opracowania projektu technicznego.
2) Projekt techniczny: dokumentacja w formie graficznej modelowej, zestawienie liczbowych opisów, dotyczących wykonania wszystkich prac, dostaw, czynności urządzeń- umożliwiające realizację.
Powinien on obejmować następujące zagadnienia:
1) Charakterystykę i zapotrzebowanie wyrobu
2) Stosowane w świecie metody produkcji i kierunki rozwoju technologii.
3) Charakterystykę proponowanej metody
4) Warunki lokalizacji
5) Charakterystykę surowców
6) Charakterystykę produktu głównego i ubocznego
7) Charakterystykę odpadów i ścieków, możliwości ich utylizacji, neutralizacji, składowania.
8) Schemat ideowy
9) Indywidualne parametry poszczególnych procesów i operacji jednostkowych.
10) Opis procesu technologicznego
11) Schemat technologiczny
12) Bilans materiałowy
13) Bilans cieplny
14) Materiały konstrukcyjne i zagadnienie związane z ochroną przed korozją.
15) Zestawienie aparatów i urządzeń
16) Harmonogram pracy aparatów
17) Wskaźniki zużycia surowców i energii
18) Zapotrzebowania siły roboczej
19) Koncepcję przestrzennego rozmieszczenia urządzeń i aparatów.
20) Zagadnienia higieny i bezpieczeństwa pracy.
Brak dostatecznych danych w literaturze naukowej, patentach itp. Stwarza konieczność przeprowadzenia badań umożliwiających uzupełnienie, rozszerzenie wiedzy o badanym problemie. Pierwszym etapem pracy doświadczalnej jest skala laboratoryjna- w której operuje się gramowymi ilości substancji, aparatura szklana. W skali ćwierćtechnicznej , zwanej również kilogramowa , operuje się kilogramami substancji. W skali tej sprawdza się koncepcję nowego procesu oraz ogólne warunki jego realizacji. Skala półtechniczna- operuj się setkami lub tysiącami kilogramów na dobę i węzłowe procesy chemiczne realizuje się w aparatach o konstrukcji zbliżonej do przewidywanej dla skali przemysłowej z zastosowaniem odpowiednich materiałów
Instalacja pilotowa- zakład doświadczalny, zminiaturyzowany model zakładu przemysłowego, zawierający wszystkie istotne elementy instalacji przemysłowej w odpowiednio pomniejszonej skali.
Instalacja prototypowa (referencyjna)- badanie pewności długotrwałej pracy, właściwego doboru materiałów efektywności ekonomicznej, rozwiązań dotyczących ochrony środowiska.
6.
W procesach periodycznych poszczególne fazy procesu przebiegają kolejno w tym samym aparacie lub zespole aparatów. W aparaturze ciągłej każdy proces jednostkowy przebiega w oddzielnym aparacie .W każdym miejscu aparatury przebiega stale ten sam proces i panują w zasadzie te same warunki przepływu, temperatury, ciśnienia i stężenia reagentów. W instalacjach o rchu ciągłym każdy z aparatów musi być zdolny do ciągłego ruchu ponadto wielkość poszczególnych aparatów musi być tak dobrana, aby czas operacji był jednakowy.
Procesy periodyczne (okresowe) i ciągłe.
Procesy periodyczne (okresowe)
Procesy ciągłe
1) Surowce wprowadza się i produkty wyprowadza się porcjami (szarżami).
2) W czasie opróżniania i napełniania proces ulega przerwaniu.
3) Operacje i procesy jednostkowe przebiegają kolejno w jednym aparacie.
4) Parametry procesu w każdym punkcie aparatury zmieniają się w czasie.
1) Surowce wprowadza się i produkty wyprowadza się w sposób ciągły.
2) Proces toczy się jednocześnie z wprowadzeniem surowców i odprowadzeniem produktów.
3) Wszystkie stadia procesu przebiegają w różnych częściach aparatów lub w różnych aparatach.
4) Parametry procesu w każdym punkcie aparatury pozostają stałe.
DWito