Podstawy teoretyczne technologii chemicznej / Józef Szarawara, Jerzy Piotrowski. Warszawa, Spis treści. Przedmowa 13

Transkrypt

1 Podstawy teoretyczne technologii chemicznej / Józef Szarawara, Jerzy Piotrowski. Warszawa, 2010 Spis treści Przedmowa 13 Wykaz waŝniejszych oznaczeń Projektowanie i realizacja procesu technologicznego Wprowadzenie Koncepcja chemiczna metody Przeprowadzenie reakcji chemicznej w elektrolizerze Prowadzenie procesów chemicznych przy podwyŝszonym ciśnieniu Prowadzenie procesów chemicznych przy obniŝonym ciśnieniu Przeprowadzenie procesu w wyniku wielu samorzutnych reakcji pośrednich Stosowanie układu reakcji sprzęŝonych Metoda Solvaya Procesy złoŝone Koncepcja technologiczna metody Dobór rodzaju, kolejności i sposobu realizacji czynności jednostkowych Opracowanie schematu blokowego i technologicznego procesu Badania modelowe Dobór typów i wielkości aparatów i urządzeń Dobór tworzywa konstrukcyjnego Zasady technologiczne Zasada najlepszego wykorzystania róŝnic potencjałów Zasada najlepszego wykorzystania surowców Zasada najlepszego wykorzystania energii Zasada najlepszego wykorzystania aparatury Zasada umiaru technologicznego Ocena zgodności koncepcji z Najlepszymi Dostępnymi Technikami (BAT) Koncepcja wstępna instalacji produkcyjnej Projekt procesowy Koncepcja programowo-przestrzenna Projekt podstawowy (Basic Engineering) Projekt budowlany Projekt wykonawczy (Detail Engineering) Budowa inwestycji Rozruch Stechiometria procesowa Proces chemiczny, reakcja chemiczna Mieszanina reakcyjna i jej skład Równanie stechiometryczne Reakcje niezaleŝne Parametry postępu reakcji Bilanse stechiometryczne 81

2 Procesy proste homogeniczne Procesy złoŝone Procesy heterogeniczne Wydajność i selektywność procesu Zdolność produkcyjna reaktora Przykłady Bilans materiałowy procesu chemicznego Wprowadzenie Równania bilansu masowego Zasady bilansowania procesów fizycznych i chemicznych Przykłady Bilans cieplny procesu chemicznego ZaleŜności podstawowe Bilans cieplny procesu spalania Przykłady Analiza termodynamiczna procesu chemicznego Wprowadzenie Równania stanu gazów Równanie stanu gazu doskonałego Równania stanu gazów rzeczywistych Mieszanina gazów rzeczywistych Dane termodynamiczne Wartości standardowych funkcji termodynamicznych Ciepło molowe Ciepło przemian fazowych Funkcje termodynamiczne substancji Funkcje termodynamiczne reakcji chemicznych Entalpia reakcji chemicznej Entropia reakcji chemicznej Entalpia swobodna reakcji chemicznej Ciepło reakcji Ciepło rozpuszczania Bilansowanie cieplne procesów mieszania przebiegających bez reakcji chemicznych Bilansowanie cieplne procesów mieszania z reakcjami chemicznymi przebiegającymi w roztworze Przypadki szczególne Termodynamiczna charakterystyka roztworów Wprowadzenie Wielkości cząstkowe molowe Potencjał chemiczny, aktywność Współczynnik aktywności ciśnieniowej Reguła Lewisa-Randalla (L-R) Funkcje mieszania i funkcje nadmiarowe Równania Margulesa, van Laara, Redlicha-Kistera Równania Wilsona Równania Scatcharda-Hildebranda (S-H) Aproksymacja funkcji Q(x1,x2), gamma i(x1,x2) 175

3 5.8. Powinowactwo chemiczne Równowaga chemiczna Stałe równowagi chemicznej Wpływ temperatury i ciśnienia na stan równowagi chemicznej Wpływ stęŝenia reagentów na kierunek reakcji chemicznej Obliczanie stałych równowagi Skład równowagowy mieszaniny reakcyjnej Metody niestechiometryczne Metody stechiometryczne Wydajność termodynamiczna, wykresy równowagi Równowaga procesów nieizotermicznych Stan równowagi z narzuconymi warunkami Przykłady Analiza termodynamiczna przemian fazowych Ogólne właściwości równowagi fazowej Reguła faz Prawo równowagi fazowej Równowaga parowania Równowaga ciecz-para (destylacyjna) Obliczanie punktu wrzenia Obliczanie punktu rosy Rozkład fazowy w procesie destylacji rzutowej Przypadki szczegółowe Równowaga absorpcyjna Równowaga rozpuszczania cieczy Układy dwuskładnikowe Układy trójskładnikowe Proces ekstrakcji Równowaga rozpuszczania ciał stałych Wykresy fazowe Równowaga fazowa z reakcją chemiczną Przykłady Analiza kinetyczna procesu chemicznego Wprowadzenie Szybkość reakcji chemicznej Pojęcie szybkości reakcji Proces okresowy Proces przepływowy Zastępczy czas przebywania i objętościowa szybkość przepływu Doświadczalne wyznaczanie szybkości procesu Równanie kinetyczne Wprowadzenie ZaleŜność szybkości reakcji od temperatury ZaleŜność szybkości reakcji od stęŝenia RóŜne formy równania kinetycznego Interpretacja danych kinetycznych Reakcje rozkładu Analiza funkcji ra =f(t, alfa A) Reakcje złoŝone 319

4 Wprowadzenie Reakcje następcze Reakcje równoległe Reakcje łańcuchowe Reakcje katalityczne homogeniczne Reakcje autokatalityczne Reakcje heterogeniczne Wprowadzenie Transport masy Obszar procesu heterogenicznego Absorpcja Reakcje typu gaz-ciało stałe Przykłady Analiza kinetyczna procesów kontaktowych Wiadomości ogólne Wprowadzenie Właściwości fizyczne katalizatorów stałych Pojęcie szybkości ogólnej procesu i etapu kontrolującego Kinetyka procesu powierzchniowego Wprowadzenie Statyka i kinetyka sorpcji Równanie kinetyczne procesu powierzchniowego Dyfuzja zewnętrzna Wprowadzenie Ujęcie ilościowe RóŜnica temperatury między rdzeniem fazy gazowej a zewnętrzną powierzchnią ziarna Dyfuzja wewnętrzna Wprowadzenie Dyfuzja w kontaktach porowatych Moduł Thielego Współczynnik efektywności kontaktu dla procesu izotermicznego Zmiana energii aktywacji i rzędu reakcji w obszarze dyfuzji wewnętrznej Proces nieizotermiczny w porowatym ziarnie katalizatora Równanie kinetyczne procesów kontaktowych Dezaktywacja katalizatorów Chemizm dezaktywacji Kinetyka dezaktywacji Aktywność katalizatora jako funkcja czasu trwania reakcji Aktywność katalizatora jako funkcja stęŝeń reagentów oraz koksu Przykłady Podstawowe zaleŝności inŝynierii reaktorów chemicznych Klasyfikacja reaktorów chemicznych Podstawowe charakterystyki reaktorów chemicznych Reaktory okresowe Reaktory przepływowe Reaktory półprzepływowe Reaktory kontaktowe Reaktory barbotaŝowe, zawiesinowe, trójfazowe 421

5 Reaktory fluidyzacyjne Pojęcie reaktora idealnego Idealny reaktor okresowy Idealny reaktor zbiornikowy Idealny reaktor rurowy lub wieŝowy Podstawowe równania inŝynierii reaktorowej Bilans masowy (BM) Bilans cieplny (BC) Równanie projektowe Podstawy obliczeń projektowych Projektowanie reaktorów chemicznych Reaktor okresowy Wprowadzenie Równanie projektowe Równanie bilansu cieplnego Proces izotermiczny Proces adiabatyczny Proces politropowy Proces złoŝony Przykłady Reaktory przepływowe - rurowy i wieŝowy Wprowadzenie Równanie projektowe Równanie bilansu cieplnego Proces izotermiczny Proces politropowy Proces złoŝony Zmiany ciśnienia w reaktorach przepływowych Absorbery Przykłady Reaktor przepływowy zbiornikowy Wprowadzenie Projektowanie reaktora pojedynczego Kaskada reaktorów zbiornikowych Reaktor z recyrkulacją Przykłady Reaktor półprzepływowy Wprowadzenie Równanie projektowe Równanie bilansu cieplnego Obliczenia projektowe Przykłady Reaktor kontaktowy Wprowadzenie Model pseudohomogeniczny jednowymiarowy Model dwuwymiarowy Przykłady 511

6 11. Rozkład rzeczywistego czasu przebywania w reaktorach Wprowadzenie Funkcje rozkładu Funkcje rozkładu w reaktorach idealnych Reaktor rurowy Reaktor zbiornikowy Kaskada reaktorów Reaktor z przepływem uwarstwionym Funkcje rozkładu w reaktorach rzeczywistych Przepływ dyspersyjny Przepływ segregacyjny Metody obliczeń reaktorów rzeczywistych Metoda kaskady zastępczej Metoda analityczna Metoda przepływu segregacyjnego Przykłady Stabilność i autotermiczność procesu przepływowego Wprowadzenie Wielokrotne stany stacjonarne w reaktorach przepływowych Reaktor zbiornikowy Reaktor rurowy Autotermiczność procesu przepływowego Przykłady Zagadnienie wyboru reaktora i warunków prowadzenia procesu chemicznego Kryteria doboru reaktora Kryteria technologiczne Kryteria kinetyczne Reakcje pojedyncze Wprowadzenie Końcowy stopień przemiany i natęŝenie przepływu substratów Typ reaktora Reakcje autokatalityczne Parametry reakcji Wyprowadzenie ze środowiska reakcji jednego z produktów w postaci odrębnej fazy Reakcje złoŝone Wprowadzenie Reakcje równoległe z jednym substratem Reakcje równoległe z dwoma substratami Reakcje następcze Reakcje szeregowo-równoległe Czułość parametryczna procesu Przykłady Tablice i wykresy 594 Bibliografia cytowana 625 Skorowidz rzeczowy 628 oprac. BPK