Жалпы химиялық технология 050720 «Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы»

3 Бақылау тапсырмалары

1. 
   Тапсыманы орындау үшін нұсқаны таңдау әдістемесі
   

3.2.1 Техникалық көрсеткіштері. Химиялық өндірістің техника-экономикалық деңгейі техника-экономикалық көрсеткіштердің бірлестігімен анықталады. Оларға: шикізат және энергия бойынша шығын коэффициенттері, дайын өнім шығымы және шикізаттың өзгеру дәрежесі, процестің талғамдылығы, өнімділік, аппараттың жұмысының интенсивтігі, өнім сапасы, еңбек өнімділігі, өнімнің өздік құны.

3.2.1.1 Дайын өнімнің шығуы. Алынған өнім массасының оны өндіруге жұмсалған шикізат массасына қатынасы ретінде анықталады. схемасы бойынша жүретін бір сатылы процесс үшін шығын мына формула (1) бойынша есептеледі
(1)
Егер процесс негізінде нақты теңдеумен сипатталатын химиялық реакция жатса, онда схемасы бойынша жүретін көп сатылы процестің қосынды шығымы әрбір сатының шығымының көбейтіндісіне тең болады (2)
(2)
3.2.1.2 Шикізаттың өзгеру (конверсиялану) дәрежесі. Айналу дәрежесі дегеніміз уақыт аралығында химиялық өзгеруге түскен шикізат массасының оның алғашқы массасына қатынасы ().

Өзгеру дәрежесі мына формуламен (3) есптеледі

Өнім шығымы және шикізаттың өзгеру дәрежесі бірлік үлеспен немесе процентпен беріледі.

3.2.1.3 Талғамдық – мақсатты өнім массасының осы процесс кезінде алынған өнімдердің жалпы массасына, немесе уақыт аралығында өзгерген шикізат массасына қатынасы. Егер шикізаттың өзгеруі соңғы өнімдардің бірнешеуінің түзілуіне әкелсе, онда талғамдық процестің бағыттарының біреунің басым болуын сипаттайды.

Өнімнің өзгеруі шикізаттың өзгеру дәрежесі және талғамдық химия-технологиялық процестің жүруінің тереңдігін, оның толықтығын және мақсатты өнім түзілу жағына бағытталуын сипаттайды.

3.2.1.4 Өнімділік. Өнімділік дегеніміз дайын өнімнің, немесе оны өндіруге қажетті шикізаттың уақыт бірлігіндегі мөлшері. Өнімділік жеке аппаратқа, технологиялық жолға, цехқа, кәсіпорынға түгелдей алынуы мүмкін. Осы жағдайдардағы максималды мүмкін өнімділік қуаттылық деп аталады. Өнімділік және қуаттылық кг/сағ, т/сағ, т/жылына және өндіріс қуаттылығына байланысты әрі қарай белгіленеді.

3.2.1.5 Интенсивтік. Аппарат интенсивтігі деп оның өнімділігінің аппараттың жұмыс бөлімінің мөлшерін сипаттайтын өлшем бірлігіне – оның реакциондық көлеміне V, немесе көлденең қимасының ауданына S қатынасын атайды.

Интенсивтік – аппарат жұмысының тиімділігінің критерийі. Ол қуаттылығы әртүрлі болатын аппараттар тиімділігін салыстыруға мүмкіншілік береді. Интенсивтік кг/м³ және кг/м² өлшенеді.

3.2.1.6 Өнім сапасы. Өнімнің сапасы деп оның техникалық, экплуатациялық, экономикалық және басқа да қасиеттері аталады.

Өнім сапасының талаптары. Жеке өнімдерді өндіру кезіндегі сапа талаптары. Өнімнің сапасын тексеру ерекшеліктері. Қышқылдар, тұздар және минералды өнімдердің сапасын тексеру негіздері және ерекшеліктері

3.2.1.7 Шығын коэффициенттері деп дайын өнімнің массалық немесе көлемдік бірлігін өндіруге жұмсалатын шикізат пен энергияның әрбір түрінің мөлшері аталады. Шығын коэффициенттерінің энергия бойынша өлшем бірліктері кВт∙сағ/т, кВт∙сағ/нм³, шикізат бойынша өлшем бірліктері кг/кг, т/кг, т/т және тағы да басқа.

Шығын коэффициенттерін есептеу үшін нәтижесінде алғашқы шикізаттың дайын өнімге айналуы болатын өндірістің барлық сатыларын білу керек. Теориялық шығын коэффициенттері өзгеру болатын стехиометриялық ара қатысты есепке алады. Тәжірибелік шығын коэффициенттері стехиометриялық ара қатыстан басқа процестің барлық сатыларындағы өндірістік жоғалуларды, сонымен қатар жанама реакциялар болуы мүмкіндігін есепке алады.

Қандай да бір өнімнің шығын коэффициенттері алғашқы материалдың құрамына байланысты болады және бір-бірінен қатты айырылуы мүмкін.

Шығару. Mr () = 78; Mr () = 42; Mr () = 44; Mr () = 94

Бензолдан фенолды алудың кумолды әдісі, үш саты арқылы жүретін тағы да бір құнды өнімді ацетонды алумен жүреді

1 саты–кумолды алу

Схема бойынша фенолдың бір молін алу үшін бір моль бензол қажет, немесе бір тонна фенолды алу үшін қажетті бензолдың теориялық шығыны тең болады

Фенолдың 1 молін алу үшін 1 моль (94 кг) немесе 22,4 м³ пропилен қажет. Реакцияға қатысқан пропилен көлемін (м³) есептейміз.

Пропан-пропилендік фракцияның шығын коэффициенті тең болады: 662 + 284 = 946 м³ немесе 0,533 т + 1,3 т = 1,833 т.

Шығару. Синтездеу мұнарасына салынған катализатор көлемін формула (4) бойынша есептейміз

Аммиакты синтездеу мұнарасының өнімділігін (кг/сағ) формула (5) бойынша есептейміз

Белгілі мәндерді қойып табамыз = 6,75 т/сағ немесе 62 т/тәулігіне.

Екі жылдан кейін катализаторлың белсенділігінің төмендеуі нәтижесінде мұнарадан кейінгі аммиактың болуы азаяды да, тең болады

Нәтижесінде, екі жылдан кейінгі мұнара өнімділігі тең болады

= 5 т/ч или 120 т/сут
3.2.2 Материалды баланс. Химия-технологиялық процестерді әзірлеген кезде жүретін процестерді сандық бағалау үшін, сондай-ақ технологиялық процестің парметрлерінің оптималды белгілерін анықтау үшін әртүрлі есептеулер жүргізіледі. Барлық жағдайларда есептеулер кезінде гидродинамика, жылу- және массаберу және химиялық кинетика заңдары есепке алынады, сондықтан материалды ағындарды есептеулер энергетикалық есептеулермен бірге орындалады, ол үшін материалды және энергетикалық баланстар құрастырылады.

Материалды баланс – массаның сақталу заңының заттық көрінісі, ол заң бойынша қандай да бір жабық жүйеде әрекеттескен заттардың массасы, осы әрекеттесу нәтижесінде түзілген заттар масасына тең болады, немесе заттар кірісі осы заттар шығысына тең болады. Сонымен, материалды баланс теңдеуін келесі көрсетуге болады

Материалды балансты параллельді және жанама реакцияларды есепке алып отырып, негізгі қосынды реакция теңдеуі бойынша құрастырылады. Ол процеске қатысатын барлық заттар үшін, немесе жеке бір затқа орындалуы мүмкін. Әдетте жүретін барлық реакциялар мен алынатын жанама өнімдірдің барлығы емес, тек қана небары маңыздылары ғана есепке алынады, немесе материалды баланс жуық болады.

Материалды балансты түгел процеске немесе оның жеке сатыларына орындайды. Бұл жағдайда заттардың массасының есебі жеке қатты, сұйық және газдық фазалар үшін алынады, сондықтан жалпы түрде материалды баланстар теңдеу (7) ретінде беріледі
, (7)
мұнда - уақыт бірлігінде өндіріске немесе жеке операцияға алынған қатты, сұйық және газтәрізді заттардың массалары;

- алынатын өнімдердің массалары.

Кейде тәжірибелік есептеулер орындаған кезде кейбір жеке фазалар (қатты, сұйық немесе газтәрізді), немесе жеке бір фазада бірнеше әртүрлі заттардың болуын есепке алмаған кезде, теңдеу (7) қарапайымдалады немесе керісінше күрделіленеді. Жобалау кезінде мақсатты өнімнің массасын есепке алу қажет, ал шикізат және жанама өнімдер массаларын материалды баланс теңдеуінің көмегімен есептейді. Егер баланстың қатесі (қателік проценті) 5 %-ке дейін болса, онда материалды баланс дұрыс деп саналады.

Барлық мәліметтер кесте 1 түрінде жазылады.
Кесте 1 – Материалды баланс

Кіріс	кг	м3	%	Шығыс	кг	м3	%

Мысал 3. Құрамында 42% S және 4% Н₂О бар колчеданды күйдірудің материалды балансын құрастыру керек. Күйдіретін құрғақ газдағы SO₂ және SO₃ 14,5 және 0,1% көлемдік. Тұқылдағы күкірттің мөлшері 1%.

Шығару. Колчеданның 1000 кг-ның құрамдарына материалды балансты есептейміз.

1. 
   күйдіруге қажетті құрғақ колчеданның кг;
   
2. 
   колчеданмен бірге келетін ылғалдың кг;
   
3. 
   құрғақ колчедандағы күкірттің мөлшерінің
   

4. 
   құрғақ колчеданның 1 тоннасына тұқылдың шығуы
   

5. 
   күйген күкірттің мөлшері
   

6. 
   құрғақ колчеданның 1 тоннасына жұмсалған ауа
   

мұнда C_SO2 – SO₂ және SO₃ газдағы концентрацияларының қосындысы

m – оттек молекулаларының санының күкірт диоксидінің молекулаларының санына стехиометриялық қатынасы;

,
мұнда 14,6 – SO₂ және SO₃ газдағы концентрацияларының қосындысы

ылғалды колчеданның 1 тоннасына жұмсалған ауа

7) ауамен бірге келетін оттек және азот мөлшері
немесе

немесе
8)ауамен бірге келетін ылғалдың мөлшері. Ауа температурасы 20ºC және оның ылғалмен қанығуының дәрежесі 0,5 деп аламыз. 20ºC кезіндегі ауадағы су буының мөлшері 17,29 г/м³ (күкіртқышқылшының анықтамасы).

9. 
   Ауамен бірге келетін ылғал мөлшері
   

Шығын статьялары

1. 
   алынған тұтқыл мөлшері:
   
2. 
   түзілген құрғақ күйдіргіш газдың мөлшерін формула (8) бойынша есептейміз
   

3. 
   газдағы мөлшері:
   
   • 
     оттектің
     

• 
  азоттың (айырмасы) 100 – 14,5 – 0,1 – 2,05 = 83,35% (об.);
  
• 
  колчеданмен ауадан келетін ылғалдың
  

40 + 23,6 = 63,6 кг или 79 м³

Ылғалды пеш газының құрамы:

• 
  SO₂ – 287 м³ немесе 820 кг;
  
• 
  SO₃ – 2 м³ немесе 7,1 кг;
  
• 
  O₂ – 42 м³ немесе 60 кг;
  
• 
  N₂ – 1650 м³ немесе 2075 кг;
  
• 
  Н₂О – 79 м³ немесе 63,6 кг.
  

Баланстың қателігі

3. 
   Бақылау тапсырмаларының нұсқалары
   

2 Термиялық фосфор қышқылының алу әдістерін атап шығу және салыстыру. Термиялық фосфор қышқылын екісатылы әдіспен өндірудің технологиялық схемасын бейнелеу.

3 Диэтилді эфирді өндіруге қажетті 76%-ті С₂Н₅ОН және Nа-дің шығын коэффициенттерін есептеу қажет. С₂Н₅ОNa шығуы теориялық мүмкіннің 90%-не, ал бромэтанның этанолдан шығуы 89%-ке тең. Есептеуді эфирдің 500 кг-на жүргізу керек.

4 Натрий гидроксидімен нейтралдау реакциясына қажетті, құрамында 70% НСООН бар құмырсқа қышқылының ерітіндісінің шығын коэффициентін есептеу керек. Құмырсқа қышқылының өзгеру дәрежесі 47%. Есептеуді дайын өнімнің 5 тоннасына жүргізу керек.