1. Общая химическая технология - Российский государственный

Министерство образования и науки Российской Федерации
Российский государственный университет нефти и газа
имени И.М. Губкина
УТВЕРЖДАЮ:
Первый проректор по
учебной работе
профессор В.Н.Кошелев
________________________
« __ » ________ 2013 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Общая химическая технология
Направление подготовки дипломированного специалиста
240400- «Химическая технология органических веществ и топлива»
Специальность
240401 - Химическая технология органических веществ
Москва 2013
1. Цели и задачи дисциплины
В курсе «Общая химическая технология» рассматриваются химические
производства как химико-технологические системы. Основной целью изучения
курса является овладение методами химической технологии для
подготовки студентов к систематическому изучению специальных
дисциплин.
Основные задачи курса «Общая химическая технология»:
• знакомство
с
составом
и
структурой
химической
технологии и химического производства;
• изучение
химических
превращений
в
условиях
промышленного
производства,
освоение
методов
и
привитие навыков определения комплекса свойств физикохимических систем, положенных в
основу химического
производства;
• обучение
современным
методам
и
приемам
анализа,
разработки и оптимальной организации типовых химикотехнологических процессов и систем;
• развитие
ассоциативного
инженерного
химикотехнологического мышления и эрудиции при анализе и
синтезе химико-технологических процессов и систем.
• изучение и привитие навыков применения основ экологии и
защиты
окружающей
среды
при
разработке
химикотехнологических
процессов
и
систем
на
примерах
современных хорошо разработанных производств.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
• умение
формулировать
особенности
химических
технологий,
общие
принципы
эксплуатации
технологических
установок,
основные
направления
совершенствования технологий;
• умение
составлять
тепловые
и
материальные
балансы
химических аппаратов и установок;
• владеть методами кинетического анализа и моделирования
химических реакторов;
• владеть методами выбора и расчета реакционных аппаратов
и определения их основных размеров;
• иметь
навыки
проектирования
основных
аппаратов
химических производств.
2
3. Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы
Всего
часов
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
и (или) другие виды аудиторных
занятий
Самостоятельная работа
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графические работы
Реферат
и
(или)
другие
виды
самостоятельной работы
Вид итогового контроля (зачет,
экзамен)
123
36
36
—
—
123
87
—
—
—
-
87
—
—
экзамен
экзамен
Семестр V
36
36
—
—
4. Содержание дисциплины
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№№
п/п
Раздел дисциплины
1.
Основные понятия и определения химической
технологии. Особенности и значение химической
промышленности. Тенденции и перспективы
развития химической промышленности.
2.
Использование системы СИ в химикотехнологических расчетах. Анализ размерностей.
3.
Способы выражения концентраций. Пересчеты
концентраций.
4.
Расчетные методы определения свойств газов и
жидкостей.
5.
Расчеты
основных
показателей
химикотехнологических процессов: конверсия, выход,
селективность, расходные коэффициенты.
6.
Расчет реакторов для проведения простых и
лекции
ПЗ
(или
С)
ЛР
*
3
сложных реакций.
7.
Тепловые режимы работы реакторов:
политропические, изотермические,
адиабатические процессы.
8.
Сырьевая
база современной
химической
промышленности. Проблема выбора сырья для
химических производств.
9.
Энергопотребление в химической
промышленности. Энергосбережение.
Энерготехнологические схемы.
*
10. Химико-технологические системы (ХТС).
Иерархическая структура химических
производств.
*
11. Использование воды в химических технологиях.
Методы
подготовки воды для химических
производств. Требования к качеству воды.
*
12. Производство водорода и азотоводородной смеси.
Промышленные методы производства водорода.
*
13. Производство водорода
парокислородовоздушной конверсией
природного газа. Технологические параметры
процесса.
*
14. Конверсия
оксида
углерода.
Влияние
технологических факторов. Технологическая
схема
парокислородовоздушной
конверсии
метана. Очистка технологического газа от оксида и
диоксида углерода.
*
15. Производство аммиака. Влияние
технологических факторов. Технологическая
схема процесса синтеза аммиака при среднем
давлении. Составление материального баланса
цикла синтеза аммиака.
16. Определение состава и количества продувочных
газов
цикла
синтеза.
Определение
производительности
колонны
синтеза
и
производительности катализатора в процессе
синтеза аммиака.
•
*
17. Производство разбавленной азотной кислоты.
Влияние технологических факторов.
4
18.
Технологическая схема производства
разбавленной азотной кислоты при «дробном»
давлении.
*
19.
Производство карбамида. Влияние
технологических факторов. Технологическая
схема производства карбамида с жидкостным
рециклом и двухступенчатой дистиляцией плава.
*
20.
Производство серной кислоты контактным
методом. Влияние технологических факторов.
21.
Технологическая схема производства серной
кислоты контактным методом.
*
22.
Производство хлористого водорода и соляной
кислоты. Основные промышленные методы
производства.
Технологическая
схема
производства соляной кислоты абсорбцией
хлористого водорода водой.
*
23.
Производство
едкого
натра
и
хлора
электрохимическим
способом.
Электролиз
хлорида натрия в ваннах с фильтрующей
диафрагмой и с ртутным катодом.
24.
Производство
кальцинированной
соды
аммиачным методом. Теоретические основы
процесса. Технологическая схема производства.
*
25.
Производство фосфорной кислоты термическим и
экстракционным способами. Химизм и механизм
процессов. Влияние технологических факторов.
Технологическая схема дигидратного процесса.
*
4.2. Содержание разделов дисциплины 4.2.1.
Введение
Содержание и структура курса «Общая химическая технология»,
его роль в химико-технологическом образовании.
Значение химической промышленности в экономике страны. Структура
химического комплекса и потребления его продукции в РФ.
5
4.2.2. Химическая технология
Химическая технология - наука об экономически, экологически и
социально обоснованных способах и процессах переработки сырья с
коренным химическим превращением в продукты потребления и средств
производства. Объект химической технологии - химическое производство.
Основные тенденции и перспективы развития современной химической
промышленности.
Классификация химических производств. Принципы классификации продуктовый признак, на основе свойств физико-химической системы и
метода переработки, положенным в основу производства, на основе
организационной
структуры
управления
химическими
отраслями
промышленности.
Основные направления в развитии химической технологии -создание
высокоэффективных, безотходных и малоотходных химических производств
для получения необходимого ассортимента продуктов и изделий высокого
качества на основе максимального использования сырья и топливноэнергетических ресурсов, комбинирования и совмещения производств,
автоматизации производства.
Динамика и масштабы производства основных продуктов химической
промышленности. Химизация народного хозяйства.
Современные тенденции в развитии теории и практики химической
технологии. Новые химико-технологические приемы, способы получения
продуктов, структура химических отраслей.
4.2.3. Химическое производство
Понятие о химическом производстве как о совокупности
взаимосвязанных технологическими потоками машин и аппаратов, в которых
осуществляются химические превращения и физические процессы.
Химическое
производство
как
функциональная
единица
промышленности и ее химических отраслей. Иерархическая
организация процессов в химическом производстве .
Общая
технологическая структура химического производства - собственно
химическое производство, хранение сырья и продукции, транспорт, системы
контроля и безопасности.
Общие закономерности химических процессов. Промышленный катализ.
Типы химических реакторов. Изотермические и неизотермические процессы в
химических реакторах. Промышленные химические реакторы. Основные
математические модели процессов в химических реакторах.
Общие функции (многофункциональность) химического производства производство продуктов, экономное использование сырья, материалов и
энергии, экологическая безвредность, социальное совершенствование.
Основные операции в химическом производстве подготовка сырья,
химическое
превращение,
6
выделение продуктов, обезвреживание и утилизация отходов, тепло- и
энергообеспечение, водоподготовка, система управления.
Основные
технологические
компоненты
сырье,
вспомогательные материалы, основной и дополнительный продукты,
отходы, оборудование и приборы. Роль и место производственного персонала.
Качественные и количественные критерии оценки эффективности
химического производства. Технологические -степень превращения сырья,
селективность процесса, выход продукта по сырью, расходные
коэффициенты по сырью и энергии. Экономические - производительность,
мощность, себестоимость продукта, приведенные затраты, удельные
капитальные затраты, производительность труда. Эксплуатационные надежность и безопасность функционирования, управляемость. Социальные экологическая чистота производства, степень автоматизации.
4.2.4. Химико-технологические системы (ХТС)
Понятие системы. Системный анализ как основной метод изучения
ХТС. Структура и описание ХТС. Синтез и анализ ХТС. Сырьевая и
энергетическая подсистема ХТС.
Иерархическая организация процессов в химическом производстве процесс
(П),
химико-технологический
аппарат
(ХТА), химикотехнологический процесс (ХТП), химическое производство (ХП),
производственной объединение (ПО). Их определения.
Методологические основы химической технологии как науки -системный
анализ сложных схем и взаимодействий их элементов, математическое
моделирование объектов химического производства на основе глубокого
изучения физико-химических закономерностей, явлений переноса тепла,
вещества и импульса,
Понятие модели и моделирования. Физическое и математическое
моделирование и их место при изучении химических процессов и
реакторов. Место и значение эксперимента.
4.2.5. Сырьевая и энергетическая подсистемы ХТС
Сырьевые источники химического производства. Характеристика
и классификация сырья и вспомогательных материалов по происхождению,
агрегатному
состоянию,
химической
природе.
Возобновляемые
и
невозобновляемые источники сырья. Отходы производства как источник
вторичных материальных ресурсов. Перспективные и альтернативные
источники сырья.
7
Подготовка
сырья
в
химико-технологическим
процессе:
сортировка,
измельчение,
агломерация,
обогащение
(концентрирование), очистка.
Вода как сырье и вспомогательный компонент химического
производства. Источники воды. Требования к качеству воды. Промышленная
водоподготовка (очистка от взвешенных примесей, умягчение, обессоливание,
нейтрализация).
Энергия в химическом производстве. Роль энергетических ресурсов.
Энергосберегающие технологии. Энерготехнологические схемы.
4.2.6. Важнейшие промышленные химические производства
Рассмотрение конкретных химических производств проводится в
следующем порядке:
1. Народнохозяйственное
значение.
Промышленные
способы
их
реализации. Масштабы производства продукта, его назначение и
потребление.
2. Сырьевые
источники
получения
продукта
и
требования
к
процессу в рассматриваемой ХТС.
3. Физико-химические
основы
процесса
(схема
превращения,
стехиометрические,
термодинамические
и
кинетические
закономерности).
4. Построение
функциональной
и
технологической
(структурной)
схем ХТС.
5. Построение и анализ функциональных подсистем. Реализация
основных концепций построения высокоэффективной ХТС.
6. Аппаратурные решения отдельных узлов
в
рассматриваемом
производстве. Основные технологические параметры процессов.
7. Решение проблем экологической безопасности производства.
8. Технико-экономические показатели производства.
Основные химические производства:
• Производство водорода и азотоводородной смеси.
• Производство
аммиака
прямым
синтезом
из
азота
и
водорода.
• Производство разбавленной азотной кислоты.
• Производство карбамида.
• Производство серной кислоты.
• Производство кальцинированной соды.
• Производство щелочи и хлора.
• Производство соляной кислоты.
• Производство фосфорной кислоты.
8
При изучении технологии получения основных химических продуктов
демонстрируется построение ХТС конкретных производств и организация
процессов в химических реакторах, рассматриваются перспективные
направления в создании безотходного производства.
Производство водорода и азотоводородной смеси. Характеристика
и оценка основных промышленных методов производства водорода.
Основные стадии производства водорода и азотоводородной смеси
парокислородовоздушной конверсией природного газа (блок-схема процесса).
Условия парокислородовоздушной конверсии природного газа. Основные
технологические
параметры
процесса,
катализаторы,
аппаратурное
оформление.
Условия
стадии
конверсии
оксида
углерода
в
процессе
парокислородовоздушной
конверсии
природного
газа.
Основные
технологические
параметры
процесса,
катализаторы,
аппаратурное
оформление.
Технологическая
схема
производства
азотоводородной
смеси
парокислородовоздушной конверсией природного газа.
Стадия подготовки сырья (очистка от сернистых соединений), очистка
азотоводородной смеси от оксида и диоксида углерода в процессе
парокислородовоздушной конверсии природного газа.
Производство аммиака. Условия синтеза. Основные технологические
параметры, катализаторы, аппаратурное оформление.
Составление материального баланса цикла синтеза аммиака.
Технологическая схема синтеза аммиака при среднем давлении.
Производство разбавленной азотной кислоты. Химизм процесса.
Технологические параметры. Катализатор процесса контактного окисления
аммиака.
Технологическая схема процесса производства разбавленной азотной
кислоты при «дробном» давлении.
Производство карбамида. Условия синтеза карбамида. Технологическая
схема синтеза карбамида с жидкостным рециклом и двухступенчатой
дистилляцией плава.
Производство серной кислоты контактным методом. Условия проведения
процесса. Технологическая схема производства серной кислоты контактным
методом.
Производство едкого натра и хлора электрохимическим способом.
Электролиз
хлоридов
натрия
в
ваннах
с
фильтрующей
9
диафрагмой и ртутным катодом. Блок-схема промышленного производства
едкого натра и хлора.
Производство кальцинированной соды аммиачным методом. Химизм
процесса. Экологические проблемы процесса. Блок-схема процесса и
технологическая схема производства кальцинированной соды.
Производство соляной кислоты. Основные методы получения хлористого
водорода. Производство соляной кислоты абсорбцией хлористого водорода
водой. Технологическая схема процесса.
Производство фосфорной кислоты. .Производство фосфорной кислоты
термическим
и
экстракционным
способами.
Химизм
процесса.
Технологическая схема производства фосфорной кислоты экстракционным
способом.
5. Лабораторный практикум не предусмотре
10
6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
а) основная литература:
1. Кузнецова И.М., Харлампиди Х.Э., Бытыршин Н.Н. Общая химическая
технология. Материальный баланс химико-технологического процесса.
Учебное пособие. - М.:«Логос», 2007.- 264с.
2. Тимофеев B.C., Серафимов В.А., Тимошенко А.В. Принципы технологии
основного органического и нефтехимического синтеза. Учебное пособие
- М.: «Высшая школа», 2010.-408с.
б) дополнительная литература:
1. Кондуаров Б.П., Александров В.И., Артемов А.В. Общая химическая
технология.- М.:«Academia», 2005, - 336с.
2. Потехин П.М., Потехин В.П. Основы теории процессов химической
технологии органических веществ и нефтепереработки. Учебник. Санкт-Петербург, «Химиздат», 2005, - 912с.
3. Бесков B.C. Общая химическая технология. Учебник. М.: ИКЦ
«Академкнига», 2005.- 452с.
4. Игнатенков В.И., Бесков B.C. Примеры и задачи по общей химической
технологии. Учебное пособие. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2006. - 198с.
5. Лыков О.П. Основы химической технологии. Учебное пособие. - М.: РГУ
нефти и газа им. И.М. Губкина, 2002. - 130с.
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы
Специальные компьютерные программы, созданные преподавателями и
сотрудниками кафедры технологии химических веществ для нефтяной и
газовой промышленности.
7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Компьютерный класс кафедры, мультимедийный курс лекций по общей
химической технологии.
11
Программа
составлена
в
соответствии
с
Государственным
образовательным стандартом высшего профессионального образования по
направлению 240400 « Химическая технология органических веществ и
топлива»
подготовки инженеров специальности 240401 «Химическая
технология органических веществ»
Составитель программы,
профессор кафедры технологии химических веществ
для нефтяной и газовой промышленности
О.П.Лыков
Зав.кафедрой ТХВ, профессор
М.А.Силин
Программа одобрена методической комиссией факультета химической технологии и
экологии.
Председатель методической комиссии ФХТиЭ,
профессор
Начальник УМУ, профессор
В.А.Широков
А.Д.Макаров
12