Technologia chemiczna - wykład literatura podstawowa: Podstawy technologii chemicznej. Organizacja procesów produkcyjnych, K.Schmidt-Szałowski, J.Sentek, Oficyna Wyd. PW, Warszawa 2001. Podstawy technologii chemicznej. Procesy w przemyśle nieorganicznym, K.Schmidt-Szałowski, J.Sentek, Oficyna Wyd. PW, Warszawa 2004. literatura uzupełniająca: Technologia chemiczna nieorganiczna, J.Kępiński, PWN, Warszawa 1984. Aparatura chemiczna i procesowa, J.Warych, Oficyna Wyd. PW, Warszawa 1998. Chemia cementu, W.Kurdowski, PWN, Warszawa 1991. Nauka o procesach ceramicznych, R.Pampuch, K.Haberko, M.Kordek, PWN, Warszawa 1992.
Proces technologiczny -zorganizowany zbiór czynności zwanych operacjami jednostkowymi albo procesami jednostkowymi, w wyniku których surowiec zostaje przetworzony w pożądany produkt Układ/ciąg technologiczny -zespół podstawowych aparatów i urządzeń produkcyjnych służących do przeprowadzenia procesu technologicznego, współdziałających ze sobą wg określonego planu Instalacja produkcyjna kompletna aparatura złożona z urządzeń produkcyjnych i pomocniczych -przyrządy do transportowania (przenośniki, pompy) -zbiorniki -aparatura kontrolno-pomiarowa -aparatura sterująca
Aparaty i urządzenia używane w instalacjach przemysłu chemicznego Reaktory – aparaty, w których prowadzi się reakcje chemiczne Urządzenia do transportu materiałów: przenośniki, pompy, dmuchawy, rurociągi, itp. Aparaty, w których prowadzi się procesy fizyczne: rozdrabnianie, mieszanie, filtracja, sprężanie gazów, rozpuszczanie, odparowywanie, krystalizcja, absorpcja i desorpcja, destylacja, wymiana ciepła, itp Urządzenia, pomieszczenia i place magazynowe do przechowywania surowców, produktów, półproduktów oraz odpadów: magazyny, składowiska otwarte, zamknięte zbiorniki cieczy i gazów, itp.
Trzy poziomy organizacji procesów produkcyjnych w przemyśle chemicznym Organizacja procesu w pojedynczym aparacie: czy w trybie ciągłym czy okresowym, strumienie materiałów – współprąd, przeciwprąd lub inne Organizacja układu technologicznego złożonego z wielu aparatów (reaktorów), np. układ szeregowy, równoległy, jedno- lub wielostopniowy (kaskada), a także układ o obiegu powrotnym Organizacja całego przedsiębiorstwa : wymaga zgrania poszczególnych instalacji zapewnienie racjonalnej gospodarki surowcami i energią ochrona środowiska (minimalizacja odpadów)
Reakcja A B prowadzona w: reaktorach R1.....R3 połaczonych równolegle, reaktorach R1.....R3 połaczonych szeregowo (kaskada) obiegu powrotnym; R – reaktor S - separator
Zasada najlepszego wykorzystania surowców Proste reguły, które stosuje się przy opacowywaniu nowych procesów technologicznych oraz przy ocenie trafności przyjętego rozwiązania: Zasada najlepszego wykorzystania surowców Zasada najlepszego wykorzystania energii Zasada najlepszego wykorzystania aparatury Zasada umiaru technologicznego Celem technologa nie jest uzyskanie ekstremalnych wyników przy rozwiązywaniu zadań jednostkowych, lecz znalezienie optymalnego rozwiązania całego złożonego problemu technologicznego.
Reakcja AB prowadzona w reaktorze działającym w trybie: a) okresowym b) ciągłym
proces zachodzący w układzie współprądowym – spalanie siarki w strumieniu powietrza S + O2 = SO2 P-powietrze S-stopiona siarka G-gazy piecowe b) proces zachodzący w układzie przeciwprądowym – absobcja w absorberze z wypełnieniem G – strumień gazu L – strumień cieczy S – składnik absorbowany
Reaktor przepływowy: WE[A], GE[A] strumień substratu A wprowadzony do reaktora wyrażony w mol/s lub kg/s W[A], G[A] strumien substratu A w dowolnym miejscu wewnątrz reaktora WY[A], GY[A] strumień nieprzereagowanego substratu A odprowadzany z reaktora x(AB) stopień przemiany x(AB)k końcowy stopień przemiany
Zależność równowagowego stopnia przemiany x Zależność równowagowego stopnia przemiany x* od temperatury w przypadku reakcji odwracalnych egzotermicznych i endotermicznych
Równowaga w układzie CaCO3+CaO+CO2 a) zależność równowagowego ciśnienia cząstkowego CO2 od temperatury b) zależność równowagowego stopnia przemiany od temperatury
Reaktor przepływowy o zupełnym wymieszaniu reagentów xo - początkowy stopień przemiany x - aktualny stopień przemiany xk - końcowy stopień przemiany
Zależność szybkości reakcji r od stopnia przemiany x w stałej temperaturze reakcja nieodwracalna rzędu 1 reakcja nieodwracalna rzędu >1
reakcja odwracalna rzędu 1 Zależność szybkości reakcji r od stopnia przemiany x w stałej temperaturze reakcja odwracalna rzędu 1 x* równowagowy stopień przemiany
Zależność Arrheniusa: stałej szybkości reakcji k od temperatury T km maksymalna wartość k, która (teoretycznie) mogłaby wystąpić w skrajnie wysokiej temperaturze Zależność Arrheniusa w postaci ln k – 1/T przy różnych wartościach energii aktywacji E1 i E2
Energia aktywacji E i E w reakcji odwracalnej A B
Rozkład energii E cząsteczek w temperaturze T1 i T2 N – liczba cząsteczek